Redis主从

经过前几天的学习，大家已经掌握了微服务相关技术的实际应用，能够应对企业开发的要求了。不过大家都知道在IT领域往往都是面试造火箭，实际工作拧螺丝。

为了更好的应对面试，让大家能拿到更高的offer，我们接下来就讲讲“造火箭”的事情。

接下来的内容主要包括以下几方面：

Redis高级：

• Redis主从
• Redis哨兵
• Redis分片集群
• Redis数据结构
• Redis内存回收
• Redis缓存一致性

微服务高级：

• Eureka和Nacos对比
• Ribbon和SpringCloudLoadBalancer
• Hystix和Sentinel
• 限流算法

单节点Redis的并发能力是有上限的，要进一步提高Redis的并发能力，就需要搭建主从集群，实现读写分离。

1 主从集群结构

下图就是一个简单的Redis主从集群结构：

如图所示，集群中有一个master节点、两个slave节点（现在叫replica）。当我们通过Redis的Java客户端访问主从集群时，应该做好路由：

• 如果是写操作，应该访问master节点，master会自动将数据同步给两个slave节点
• 如果是读操作，建议访问各个slave节点，从而分担并发压力

2 搭建主从集群

我们会在同一个虚拟机中利用3个Docker容器来搭建主从集群，容器信息如下：

2.1 启动多个 Redis 实例

我们利用课前资料提供的docker-compose文件来构建主从集群：

文件内容如下：

version: "3.2"

services:
  r1:
    image: redis
    container_name: r1
    network_mode: "host"
    entrypoint: ["redis-server", "--port", "7001"]
  r2:
    image: redis
    container_name: r2
    network_mode: "host"
    entrypoint: ["redis-server", "--port", "7002"]
  r3:
    image: redis
    container_name: r3
    network_mode: "host"
    entrypoint: ["redis-server", "--port", "7003"]

将其上传至虚拟机的/root/redis目录下：

执行命令，运行集群：

docker compose up -d

结果：

查看docker容器，发现都正常启动了：

由于采用的是host模式，我们看不到端口映射。不过能直接在宿主机通过ps命令查看到Redis进程：

2.2 建立集群

虽然我们启动了3个Redis实例，但是它们并没有形成主从关系。我们需要通过命令来配置主从关系：

# Redis5.0以前
slaveof <masterip> <masterport>
# Redis5.0以后
replicaof <masterip> <masterport>

有临时和永久两种模式：

• 永久生效：在redis.conf文件中利用slaveof命令指定master节点
• 临时生效：直接利用redis-cli控制台输入slaveof命令，指定master节点

我们测试临时模式，首先连接r2，让其以r1为master

# 连接r2
docker exec -it r2 redis-cli -p 7002
# 认r1主，也就是7001
slaveof 192.168.150.101 7001

然后连接r3，让其以r1为master

# 连接r3
docker exec -it r3 redis-cli -p 7003
# 认r1主，也就是7001
slaveof 192.168.150.101 7001

然后连接r1，查看集群状态：

# 连接r1
docker exec -it r1 redis-cli -p 7001
# 查看集群状态
info replication

结果如下：

127.0.0.1:7001> info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.150.101,port=7002,state=online,offset=140,lag=1
slave1:ip=192.168.150.101,port=7003,state=online,offset=140,lag=1
master_failover_state:no-failover
master_replid:16d90568498908b322178ca12078114e6c518b86
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000
master_repl_offset:140
second_repl_offset:-1
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:1
repl_backlog_histlen:140

可以看到，当前节点r1:7001的角色是master，有两个slave与其连接：

• slave0：port是7002，也就是r2节点
• slave1：port是7003，也就是r3节点

2.3 测试

依次在r1、r2、r3节点上执行下面命令：

set num 123

get num

你会发现，只有在r1这个节点上可以执行set命令（写操作），其它两个节点只能执行get命令（读操作）。也就是说读写操作已经分离了。

3 主从同步原理

在刚才的主从测试中，我们发现r1上写入Redis的数据，在r2和r3上也能看到，这说明主从之间确实完成了数据同步。

那么这个同步是如何完成的呢？

3.1 全量同步

主从第一次建立连接时，会执行全量同步，将master节点的所有数据都拷贝给slave节点，流程：

这里有一个问题，master如何得知salve是否是第一次来同步呢？？

有几个概念，可以作为判断依据：

• Replication Id：简称replid，是数据集的标记，replid一致则是同一数据集。每个master都有唯一的replid，slave则会继承master节点的replid
• offset：偏移量，随着记录在repl_baklog中的数据增多而逐渐增大。slave完成同步时也会记录当前同步的offset。如果slave的offset小于master的offset，说明slave数据落后于master，需要更新。

因此slave做数据同步，必须向master声明自己的replication id 和offset，master才可以判断到底需要同步哪些数据。

由于我们在执行slaveof命令之前，所有redis节点都是master，有自己的replid和offset。

当我们第一次执行slaveof命令，与master建立主从关系时，发送的replid和offset是自己的，与master肯定不一致。

master判断发现slave发送来的replid与自己的不一致，说明这是一个全新的slave，就知道要做全量同步了。

master会将自己的replid和offset都发送给这个slave，slave保存这些信息到本地。自此以后slave的replid就与master一致了。

因此，master****判断一个节点是否是第一次同步的依据，就是看replid是否一致。流程如图：

完整流程描述：

• slave节点请求增量同步
• master节点判断replid，发现不一致，拒绝增量同步
• master将完整内存数据生成RDB，发送RDB到slave
• slave清空本地数据，加载master的RDB
• master将RDB期间的命令记录在repl_baklog，并持续将log中的命令发送给slave
• slave执行接收到的命令，保持与master之间的同步

来看下r1节点的运行日志：

再看下r2节点执行replicaof命令时的日志：

与我们描述的完全一致。

3.2 增量同步

全量同步需要先做RDB，然后将RDB文件通过网络传输个slave，成本太高了。因此除了第一次做全量同步，其它大多数时候slave与master都是做增量同步。

什么是增量同步？就是只更新slave与master存在差异的部分数据。如图：

那么master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?

3.3 repl_baklog 原理

master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?

这就要说到全量同步时的repl_baklog文件了。这个文件是一个固定大小的数组，只不过数组是环形，也就是说角标到达数组末尾后，会再次从0开始读写，这样数组头部的数据就会被覆盖。

repl_baklog中会记录Redis处理过的命令及offset，包括master当前的offset，和slave已经拷贝到的offset：

slave与master的offset之间的差异，就是salve需要增量拷贝的数据了。

随着不断有数据写入，master的offset逐渐变大，slave也不断的拷贝，追赶master的offset：

直到数组被填满：

此时，如果有新的数据写入，就会覆盖数组中的旧数据。不过，旧的数据只要是绿色的，说明是已经被同步到slave的数据，即便被覆盖了也没什么影响。因为未同步的仅仅是红色部分：

但是，如果slave出现网络阻塞，导致master的offset远远超过了slave的offset：

如果master继续写入新数据，master的offset就会覆盖repl_baklog中旧的数据，直到将slave现在的offset也覆盖：

棕色框中的红色部分，就是尚未同步，但是却已经被覆盖的数据。此时如果slave恢复，需要同步，却发现自己的offset都没有了，无法完成增量同步了。只能做全量同步。

repl_baklog大小有上限，写满后会覆盖最早的数据。如果slave断开时间过久，导致尚未备份的数据被覆盖，则无法基于repl_baklog做增量同步，只能再次全量同步。

4 主从同步优化

主从同步可以保证主从数据的一致性，非常重要。

可以从以下几个方面来优化Redis主从就集群：

• 在master中配置repl-diskless-sync yes启用无磁盘复制，避免全量同步时的磁盘IO。
• Redis单节点上的内存占用不要太大，减少RDB导致的过多磁盘IO
• 适当提高repl_baklog的大小，发现slave宕机时尽快实现故障恢复，尽可能避免全量同步
• 限制一个master上的slave节点数量，如果实在是太多slave，则可以采用主-从-从链式结构，减少master压力

主-从-从架构图：

简述全量同步和增量同步区别？

• 全量同步：master将完整内存数据生成RDB，发送RDB到slave。后续命令则记录在repl_baklog，逐个发送给slave。
• 增量同步：slave提交自己的offset到master，master获取repl_baklog中从offset之后的命令给slave

什么时候执行全量同步？

• slave节点第一次连接master节点时
• slave节点断开时间太久，repl_baklog中的offset已经被覆盖时

什么时候执行增量同步？

• slave节点断开又恢复，并且在repl_baklog中能找到offset时