十七、Redis进阶-Redis主从复制原理

主从复制原理

1）当启动一个从数据库后，从数据库会向主数据库发送SYNC命令

2）与此同时，主数据库接收到SYNC命令后开始在后台保存快照（RDB持久化的过程），并将保存快照期间接收的命令缓存起来。快照完成后，Redis会将快照文件和所有缓存的命令发送给从数据库

3）从数据库收到后，会载入快照文件并执行到缓存的命令。

以上过程是复制的初始化。复制初始化结束后，主数据库每当收到写命令时就会将命令同步给从数据库，从而保证主从数据库一致。

读写分离一致性

通过复制可以实现读写分离，可以提高服务器的负载能力。读频率大于写频率的应用场景中，当单机Redis无法应付大量的读请求时，可以通过复制功能建立多个从数据库节点，主数据库只进行写操作，而从数据库负责读操作。

从数据库持久化

持久化是比较耗时的操作，为了提高性能，可以通过复制功能建立一个或多个从数据库，并在从数据库中开启持久化，同时主数据库中禁用持久化。当从数据库化崩溃重启后主数据库会自动将数据同步过来，因此不用担心数据丢失。

如果主数据库崩溃时，情况就变得复杂很多。手工通过从数据库恢复主数据库数据时，需要严格按照下面两步操作：

1）在从数据库中使用replicaof no one命令将从数据库提升成主数据库继续服务；

2）启动之前崩溃的主数据库，然后使用replicaof命令将其设置成新的主数据库的从数据库，即可将数据同步回来。

无硬盘复制

主从复制是基于RDB方式的持久化实现的，主数据库端在后台保存RDB快照，从数据库端则接收并载入快照文件。这样实现的优点是简化逻辑，复用已有的代码，但是缺点也很明显，如下：

1）主数据库禁用RDB快照时，如果执行了复制初始化操作，Redis依旧会生成RDB快照，因此下次启动后主数据库会以该快照恢复数据。因为复制发生的时间不确定，这使得恢复的数据可能是任何时间点

2）复制初始化时需要在硬盘中创建RDB快照文件，所以如果硬盘性能很慢时这一过程会对性能产生影响。举个栗子：把Redis作为缓存系统时，不需要持久化，服务器的硬盘读写速度可能较差。当该缓存系统使用一主多从的集群架构时，每次和从数据库同步时，Redis都会执行一次快照，同时对硬盘进行读写，导致性能降低。

增量复制

当主从数据库连接断开后，从数据库会发送SYNC命令重新进行一次完整复制操作。这样即使断开期间数据库变化很小，也需要将数据库中的所有数据重新快照并传送一次。

增量复制基于以下三点实现：

1）从数据库会存储主数据库运行ID（run id）。每个Redis运行实例都会拥有一个唯一的运行ID，每当实例重启就会自动生成一个新的运行ID

2）在复制同步阶段，主数据库每将一个命令传送给从数据库时，都会同时把该命令存放到一个积压队列（backlog）中，并记录下当前积压队列中存放的命令的偏移量范围

3）从数据库接收到主数据库传来的命令时，会记录下该命令的偏移量

这三点是实现增量复制的基础。当主从连接准备就绪后，从数据库会发送一条PSYNC命令来告诉主数据库可以开始把所有的数据同步过来。格式为PSYNC 主数据库的运行ID 断开前最新的命令偏移量

1）首先，主数据库会判断从数据库传送来的运行ID是否和自己运行的ID相同。此步骤是为了确保从数据库之前确实是和自己同步的，以免从数据库拿到错误的数据

2）其次，判断从数据库最后同步成功的命令偏移是否在积压队列中，如果在可则可以执行增量复制，并将积压队列中相应的命令发送给从数据库

积压队列本质上是一个固定长度的循环队列。默认情况下积压队列的大小为1MB，可以通过配置文件repl-backlog-size选项来调整。

积压队列越大，允许的主从数据库断线的时间就越长。

我是小白，期待和优秀的你一起同行!

小白

2020年09月05日