Redis 数据同步机制

末蓝、 2022-11-26 10:59 144阅读 0赞

> Redis的主从同步机制可以确保redis的master和slave之间的数据同步。Redis在2.8及以上版本使用psync命令完成主从数据同步。同步方式包括：全量复制和增量复制

# 1. 同步机制 #

*  ### 全量复制 ###

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全量复制

1.  slave第一次启动时，连接Master，发送PSYNC命令，格式为`psync {runId} {offset}`

>  *  `{runId}` 为master的运行id；`{offset}`为slave自己的复制偏移量
>  *  由于此时是slave第一次连接master，slave不知道master的runId，也不知道自己偏移量，这时候会传一个问号和-1，告诉master节点是第一次同步。格式为`psync ? -1`

1.  当master接收到`psync ? -1`时，就知道slave是要全量复制，就会将自己的`runId`和`offset`告知slave，回复命令`+fullresync {runId} {offset}`。同时，master会执行`bgsave`命令来生成RDB文件，并使用缓冲区记录此后的所有写命令

>  *  slave接受到master的回复命令后，会保存master的`runId`和`offset`
>  *  slave此时处于同步状态，如果此时收到请求，当配置参数`slave-server-stale-data yes`时，会响应当前请求，`no`则返回错误。

1.  master `bgsave`执行完毕，向Slave发送RDB文件，同时继续缓冲此期间的写命令。RDB文件发送完毕后，开始向Slave发送存储在缓冲区的写命令
2.  slave收到RDB文件，丢弃所有旧数据，开始载入RDB文件；并执行Master发来的所有的存储在缓冲区里的写命令。
3.  此后 master 每执行一个写命令，就向Slave发送相同的写命令。

*  ### 增量复制 ###

1.  如果出现网络闪断或者命令丢失等异常情况时，当主从连接恢复后，由于从节点之前保存了自身已复制的偏移量和主节点的运行ID。因此会把它们当作psync参数发送给主节点，要求进行部分复制操作，格式为`psync {runId} {offset}`
2.  主节点接到psync命令后首先核对参数runId是否与自身一致，如果一致，说明之前复制的是当前主节点；之后根据参数offset在自身复制积压缓冲区查找，如果偏移量之后的数据存在缓冲区中，则对从节点发送+CONTINUE响应，表示可以进行部分复制；否则进行全量复制。
3.  主节点根据偏移量把复制积压缓冲区里的数据发送给从节点，保证主从复制进入正常状态

# 2. 注意事项 #

*  ### 复制超时 ###

> 对于数据量较大的主节点，比如生成的RDB文件超过6GB以上时要格外小心。传输文件这一步操作非常耗时，速度取决于主从节点之间网络带宽，通过细致分析Full resync和MASTERSLAVE这两行日志的时间差，可以算出RDB文件从创建到传输完毕消耗的总时间。如果总时间超过`repl-timeout`所配置的值（默认60秒）,从节点将放弃接受RDB文件并清理已经下载的临时文件，导致全量复制失败。

> 针对数据量较大的节点，建议调大`repl-timeout`参数防止出现全量同步数据超时。

> 例如对于千兆网卡的机器，网卡带宽理论峰值大约每秒传输100MB，在不考虑其他进程消耗带宽的情况下，6GB的RDB文件至少需要60秒传输时间，默认配置下，极易出现主从数据同步超时。

*  ### 输出缓冲区溢出 ###

对于Redis服务器的输出（也就是命令的返回值）来说，其大小通常是不可控制的。有可能一个简单的命令，能够产生体积庞大的返回数据。另外也有可能因为执行了太多命令，导致产生返回数据的速率超过了往客户端发送的速率，这是也会导致服务器堆积大量消息，从而导致输出缓冲区越来越大，占用过多内存，甚至导致系统崩溃。

所幸，Redis设置了一些保护机制来避免这种情况的出现，不同类型的客户端有不同的限制参数。限制方式有如下两种：

（1）、大小限制，当某一个客户端的缓冲区超过某一个大小值时，直接关闭这个客户端的连接；  
（2）、持续性限制，当某一个客户端的缓冲区持续一段时间占用过大空间时，会直接关闭客户端连接。

我们来看看配置文件关于客户端输出缓冲区的配置：

> client-output-buffer-limit normal 0 0 0  
> client-output-buffer-limit slave 256mb 64mb 60  
> client-output-buffer-limit pubsub 8mb 2mb 60

不同客户端有不同策略，策略如下：

1.  对于普通客户端来说，限制为0，也就是不限制。因为普通客户端通常采用阻塞式的消息应答模式，何谓阻塞式呢？如：发送请求，等待返回，再发送请求，再等待返回。这种模式下，通常不会导致Redis服务器输出缓冲区的堆积膨胀；
2.  对于Pub/Sub客户端（也就是发布/订阅模式），大小限制是8M，当输出缓冲区超过8M时，会关闭连接。持续性限制是，当客户端缓冲区大小持续60秒超过2M，则关闭客户端连接；
3.  对于slave客户端来说，大小限制是256M，持续性限制是当客户端缓冲区大小持续60秒超过64M，则关闭客户端连接。

上述三种规则都是可以修改的。可以通过CONFIG SET 命令设置或者直接修改redis.conf文件。

*  ### slave全量同步时的响应问题 ###

> slave节点接收完主节点传送来的全部数据后会清空自身旧数据，执行flash old data，然后加载RDB文件。对于较大的RDB文件，这一步操作依然比较耗时。

> 对于线上做读写分离的场景，从节点也负责响应读命令,如果slave节点正处于全量复制阶段，那么slave节点在响应读命令可能拿到过期或错误的数据。对于这种场景，Redis复制提供了`slave-server-stale-data yes`参数，默认开启状态。如果开启则slave节点依然响应所有命令。对于无法容忍不一致的应用场景可以设置`no`来关闭命令执行，此时从节点除了info和slaveof命令之外所有的命令只返回`SYNC with master in progress`信息

# 3. 解释 #

*  ### 节点运行ID`runId` ###

1.  每个Redis节点启动后都会动态分配一个40位的十六进制字符串作为运行ID。运行ID的主要作用是用来唯一识别Redis节点，比如从节点保存主节点的运行ID识别自己正在复制的是哪个主节点。
2.  如果只使用ip+port的方式识别主节点，那么主节点重启变更了整体数据集（如替换RDB/AOF文件），从节点再基于偏移量复制数据将是不安全的，因此当运行ID变化后从节点将做全量复制。
3.  可以运行`info server`命令查看当前节点的运行ID

*  ### 复制偏移量`offset` ###

1.  参与复制的主从节点都会维护自身复制偏移量。
2.  主节点（master）在处理完写入命令后，会把命令的字节长度做累加记录，统计信息在`info relication`中的 `master_repl_offset` 指标中
3.  从节点（slave）在接收到主节点发送的命令后，也会累加记录自身的偏移量,统计信息在`info relication`中的`slave_repl_offset`指标中
4.  从节点（slave）每秒钟上报自身的复制偏移量给主节点，因此主节点也会保存从节点的复制偏移量,

*  ### 复制积压缓冲区 ###

1.  存在于主节点（master），默认大小为1MB，可以通过参数`rel_backlog_size`来修改默认大小
2.  复制积压缓冲区是保存在主节点上的一个固定长度的队列。当从节点（slave）连接主节点时被创建，这时主节点（master）响应写命令时，不但会把命令发送给从节点，还会写入复制积压缓冲区。
3.  由于缓冲区本质上是先进先出的定长队列，所以能实现保存最近已复制数据的功能，用于部分复制和复制命令丢失的数据补救。复制缓冲区相关统计信息保存在主节点的`info replication`中。

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