Redis 高可用方案之主从复制
今天来学习一下 Redis 的高可用方案中的主从复制。主从复制是指当我们部署了拥有多台 Redis 结点的集群时，为了保证数据的一致性，将主节点的数据复制到从节点上的过程。
主从复制主要的目的是：
- 数据冗余：主从复制实现了数据的热备份。
- 故障恢复：当主节点出现问题时，可以根据哨兵选举出另外的主节点提供服务。
- 负载均衡：在主从复制的基础上，配合读写分离，可以由主节点提供写服务，由从节点提供读服务，在写少读多的场景下，通过多个从节点负担读负载，提升 Redis 服务器的并发量。
- 高可用基石：除了上述作用之外，主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础。
主从复制原理
- 全量复制：例如第一次同步数据时
- 增量复制：只会把主从库网络断连期间主库收到的命令，同步给从库
在 Redis 复制的基础上，使用和配置主从复制非常简单，能使得从 Redis 服务器 能精确地复制主服务器的数据。 主要依靠三个机制：
- 当一个 master 实例和一个 slave 实例连接正常时，master 会发送一连串的命令流来保持对 slave 的更新，以便对 slave 的更新，以便将自身的数据集的改变复制给 slave: 包括客户端的写入、key 的过期或被逐出等待。
- 当 master 和 slave 之间的连接断开之后，因为网络问题、或者时主从意识连接超时，slave 重新连接上 master 并会尝试 进行部分重同步：这意味着它会尝试只获取在断在连接期间内丢失的命令流。
- 当无法进行部分重同步时，slave 会请求进行全量同步。这会涉及一个更为复杂的过程，例如 master 需要创建所有数据的快照，将之发送 给 slave，之后在数据集更改时持续发送命令流到 slave
Redis 使用的默认是异步复制，其特点是低延迟和高性能，是绝大多数 Redis 用例的自然复制模式。但是， 从 Redis 服务器会异步地确认其从主 Redis 服务器周期接收到的数据量。
redis 复制过程
- 从节点执行 slaveof [masterIP] [masterPort] , 保存主节点信息
- 从节点中的定时任务发现主节点信息，建立与主节点的 socket 连接
- 从节点发送 Ping 信号，主节点返回 Pong, 互相通信
- 连接建立后，主节点将所有数据发送给从节点（数据同步）
- 主节点把当前的数据同步给从节点后，便完成了辅助的建立过程。接下来，主节点就会持续的把写命令发送给从节点， 保证主从数据一致性
为什么主从全量复制使用 RDB 而不使用 AOF ?
RDB 文件内容是经过压缩的二进制数据（不同数据类型数据做了针对性优化），文件很小。而 AOF 文件记录的是每一次写操作的命令，写操作越多文件会越大，其中还包括对同一个 key 的多次冗余操作。在主从全量数据同步时，传输 RDB 文件可以尽量降低对主库机器网络带宽的消耗。对于二进制数据，从库直接按照 RDB 协议还原数据即可，速度会非常快，而 AOF 需要依次重放每个写命令，这个过程会经历冗长的处理逻辑，恢复速度相比 RDB 会慢很多。所以使用 RDB 进行主从全量复制的成本最低。
读写分离及其中的问题
在主从复制基础上实现的读写分离，可以实现 Redis 的读负载均衡：由主节点提供写服务，由一个或多个从节点提供读服务；在读负载较大的应用场景下，可以大大提高 Redis 服务器的并发量。但是由于服务时异步的，也会存在相关问题：
延迟与不一致问题
由于主从复制的命令传播是异步的，延迟与数据一致性不可避免。若应用对数据不一致的接受程度较低，可能的优化措施包括：优化主从节点之间的网络环境（如同机房部署）；监控主从节点延迟（通过 offset ）判断，若从节点延迟较大，通知应用不再通过该从节点读取数据；使用集群同时扩展写负载和读负载等。
在命令传播阶段以外的其他情况下，从节点的数据不一致可能更加严重，例如连接在数据同步阶段，或从节点失去与主节点连接时等。从节点的 slave-serve-stale-data 参数便与此有关：它控制这种情况下从节点的表现；如果为 yes (默认值)，则从节点仍然能够响应客户端的命令，如果为 no，则从节点只能响应 info\slaveof 等少数命令。若对数据一致性要求很高，则应设置为 no
数据过期问题
在单机版 Redis 中，存在两种删除策略：
- 惰性删除：服务器不会主动删除数据，只有当客户端查询某个数据时，服务器判断该数据是否过期，若过期则删除。
- 定期删除：服务器指定定时任务删除过期数据，但是考虑到内存和 CPU （删除会释放内存，但是频繁删除操作对 CPU 不太友好），该删除的频率和执行时间都受到了限制。
对于定期删除而言，Redis 每秒 10 次：
- 测试随机的 20 个 keys 进行相关过期检测
- 删除所有已经过期的 keys
- 如果有多于 25% 的 keys 过期，重复步骤 1.
当不断进行重复时，知道过期的 keys 的百分比低于25%，在任何给定的时刻，最多会清除 1/4 的过期 keys。
参考：