Redis 的原理和使用(4)

四、主从复制

单机 Redis 存在单点风险:机器宕机服务即中断,数据也可能丢失。

主从复制通过建立多个相同数据的副本,为读写分离与故障转移提供基础。

4.1 配置

在从节点执行 slaveof 命令即可建立复制关系(新版可使用 replicaof),本机示例把 6380 端口实例设为 6379 的从节点:

# 从节点 6380 执行 127.0.0.1:6380> slaveof 127.0.0.1 6379 OK 127.0.0.1:6380> info replication # Replication role:slave master_host:127.0.0.1 master_port:6379 master_link_status:up

建立复制的完整过程大致分为六个步骤,从保存主节点信息到命令持续复制:

  1. 保存主节点信息:从节点只记录主节点地址,此时复制流程尚未开始,master_link_status 为 down

  2. 主从建立连接:从节点内部定时任务发现新主节点后,建立基于 TCP 的网络连接,失败会持续重试

  3. 发送 ping:确认主节点应用层工作正常,回复超时则断开重连

  4. 权限验证:主节点要求认证时,从节点发送密码

  5. 同步数据集:进入数据同步阶段

  6. 命令持续复制:同步完成后,主节点把后续写命令持续发给从节点

4.2 拓扑结构

复制拓扑支持单层或多层关系,常见的三种结构各有适用场景:

  • 一主一从:最简单的拓扑,主节点宕机时从节点提供故障转移支持。写并发高且需要持久化时,可以只在从节点开启 AOF,避免持久化干扰主节点性能

  • 一主多从:应用端利用多个从节点实现读写分离,读比重大的场景可以把读命令均衡到不同从节点;耗时读命令可以指定专门的从节点执行

  • 树形主从结构:从节点既能复制数据,也能作为下层从节点的主节点继续向下复制

4.3 原理

(1)复制偏移量与数据集标识

主从节点各自维护复制偏移量:主节点发送命令后累加自身偏移量,从节点接收执行后累加自身偏移量。对比两个偏移量可以判断数据是否一致:

replid 与 offset 共同标识一个数据集:两个节点的 replid 和 offset 都相同,说明持有的数据一致。偏移量可以类比“学习进度”——主节点准备了多少内容、从节点学到哪里,一目了然。

(2)psync 与同步流程

Redis 使用 psync 命令完成数据同步,分为全量复制与部分复制两类。psync 携带 replid 与 offset 参数,从节点的响应分支有几种情况:

  • 回复 +FULLRESYNC replid offset:进入全量复制流程

  • 回复 +CONTINUE:进入部分复制流程

  • 回复 -ERR:主节点版本过低不支持 psync,可回退使用 sync

psync 由 Redis 在主从模式下自动调用,一般不需要手动执行;与旧版 sync 相比,sync 会阻塞服务器处理其他请求,psync 则不会。

(3)全量复制

全量复制是主从第一次建立复制时的必经阶段,代价也最高:主节点 bgsave 生成快照、RDB 文件网络传输、从节点清空旧数据并加载 RDB,期间耗时随数据集增大而拉长。

2.8.18 版本起支持无磁盘复制,主节点不落盘,直接把生成的 RDB 数据通过网络发送给从节点,省去一轮磁盘读写。

(4)部分复制

部分复制针对网络闪断或命令丢失的场景。

从节点断线重连后,携带之前的 replid 与 offset 请求补发;主节点依据 offset 在复制积压缓冲区中查找数据,缓冲区是先进先出的定长队列,能保存最近已复制的数据:

(5)心跳机制

主从之间的长连接靠应用层心跳维护(区别于 TCP 自带心跳)。

主从节点彼此模拟对方的客户端进行通信:主节点定期向从节点发送 ping,从节点定期上报复制偏移量,用于监控连接状态与数据一致性。

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