复制1、配置1.1、建立复制1.2、断开复制1.3、安全性1.4、只读1.5、传输延迟2、拓扑2.1、一主一从结构2.2、一主多从结构2.3、树状主从结构3、原理3.1、复制过程3.2、数据同步3.2.1、复制偏移量2.3.2、复制积压缓冲区2.3.3、主节点运行ID2.3.4、psync命令3.3、全量复制3.4、部分复制3.5、心跳3.6、异步复制4、开发与运维中的问题4.1、读写分离4.1.1、数据延迟4.1.2、读到过期数据4.1.3、从节点故障问题4.2、主从配置不一致4.3、规避全量复制4.4、规避复制风暴4.4.1、单主节点复制风暴4.4.2、单机器复制风暴1、配置1.1、建立复制参与复制的Redis实例划分为主节点(master)和从节点(slave)。默认情况下Redis都是主节点。每个从节点只能有一个主节点而主节点可以同时具有多个从节点。复制的数据流是单向的只能由主节点复制到从节点。配置复制的方式有以下三种在配置文件中加入slaveof {masterHost}{masterPort}随Redis启动生效。在redis-server启动命令后加入--slaveof {masterHost} {masterPort}生效。直接使用命令slaveof {masterHost} {masterPort}生效。综上所述slaveof命令在使用时可以运行期动态配置也可以提前写到配置文件中。例如本地启动两个端口为6379和6380的Redis节点在127.0.0.16380执行如下命令127.0.0.1:6380slaveof127.0.0.16379slaveof配置都是在从节点发起这时6379作为主节点6380作为从节点。复制关系建立后执行如下命令测试127.0.0.1:6379set hello redis OK127.0.0.1:6379get helloredis127.0.0.1:6380get helloredis从运行结果中看到复制已经工作了针对主节点6379的任何修改都可以同步到从节点6380中复制过程如图所示。slaveof本身是异步命令执行slaveof命令时节点只保存主节点信息后返回后续复制流程在节点内部异步执行具体细节见之后复制原理小节。主从节点复制成功建立后可以使用info replication命令查看复制相关状态如下所示。主节点6379复制状态信息127.0.0.1:6379info replication# Replicationrole:master connected_slaves:1 slave0:ip127.0.0.1,port6379,stateonline,offset43,lag0….从节点6380复制状态信息127.0.0.1:6380info replication# Replicationrole:slave master_host:127.0.0.1 master_port:6380 master_link_status:up master_last_io_seconds_ago:4 master_sync_in_progress:0 …1.2、断开复制slaveof命令不但可以建立复制还可以在从节点执行slaveof no one来断开与主节点复制关系。例如在6380节点上执行slaveof no one来断开复制如图所示。断开复制主要流程断开与主节点复制关系。从节点晋升为主节点。从节点断开复制后并不会抛弃原有数据只是无法再获取主节点上的数据变化。通过slaveof命令还可以实现切主操作所谓切主是指把当前从节点对主节点的复制切换到另一个主节点。执行slaveof{newMasterIp}{newMasterPort}命令即可例如把6380节点从原来的复制6379节点变为复制6381节点如图所示切主操作流程如下断开与旧主节点复制关系。与新主节点建立复制关系。删除从节点当前所有数据。对新主节点进行复制操作。切主后从节点会清空之前所有的数据线上人工操作时小心slaveof在错误的节点上执行或者指向错误的主节点。1.3、安全性对于数据比较重要的节点主节点会通过设置requirepass参数进行密码验证这时所有的客户端访问必须使用auth命令实行校验。从节点与主节点的复制连接是通过一个特殊标识的客户端来完成因此需要配置从节点的masterauth参数与主节点密码保持一致这样从节点才可以正确地连接到主节点并发起复制流程。1.4、只读默认情况下从节点使用slave-read-onlyyes配置为只读模式。由于复制只能从主节点到从节点对于从节点的任何修改主节点都无法感知修改从节点会造成主从数据不一致。因此建议线上不要修改从节点的只读模式。1.5、传输延迟主从节点一般部署在不同机器上复制时的网络延迟就成为需要考虑的问题Redis为我们提供了repl-disable-tcp-nodelay参数用于控制是否关闭TCP_NODELAY默认关闭说明如下当关闭时主节点产生的命令数据无论大小都会及时地发送给从节点这样主从之间延迟会变小但增加了网络带宽的消耗。适用于主从之间的网络环境良好的场景如同机架或同机房部署。当开启时主节点会合并较小的TCP数据包从而节省带宽。默认发送时间间隔取决于Linux的内核一般默认为40毫秒。这种配置节省了带宽但增大主从之间的延迟。适用于主从网络环境复杂或带宽紧张的场景如跨机房部署。部署主从节点时需要考虑网络延迟、带宽使用率、防灾级别等因素如要求低延迟时建议同机架或同机房部署并关闭repl-disable-tcp-nodelay如果考虑高容灾性可以同城跨机房部署并开启repl-disable-tcp-nodelay。2、拓扑Redis的复制拓扑结构可以支持单层或多层复制关系根据拓扑复杂性可以分为以下三种一主一从、一主多从、树状主从结构下面分别介绍。2.1、一主一从结构一主一从结构是最简单的复制拓扑结构用于主节点出现宕机时从节点提供故障转移支持如图所示。当应用写命令并发量较高且需要持久化时可以只在从节点上开启AOF这样既保证数据安全性同时也避免了持久化对主节点的性能干扰。但需要注意的是当主节点关闭持久化功能时如果主节点脱机要避免自动重启操作。因为主节点之前没有开启持久化功能自动重启后数据集为空这时从节点如果继续复制主节点会导致从节点数据也被清空的情况丧失了持久化的意义。安全的做法是在从节点上执行slaveof no one断开与主节点的复制关系再重启主节点从而避免这一问题。2.2、一主多从结构一主多从结构又称为星形拓扑结构使得应用端可以利用多个从节点实现读写分离见下图。对于读占比较大的场景可以把读命令发送到从节点来分担主节点压力。同时在日常开发中如果需要执行一些比较耗时的读命令如keys、sort等可以在其中一台从节点上执行防止慢查询对主节点造成阻塞从而影响线上服务的稳定性。对于写并发量较高的场景多个从节点会导致主节点写命令的多次发送从而过度消耗网络带宽同时也加重了主节点的负载影响服务稳定性。2.3、树状主从结构树状主从结构又称为树状拓扑结构使得从节点不但可以复制主节点数据同时可以作为其他从节点的主节点继续向下层复制。通过引入复制中间层可以有效降低主节点负载和需要传送给从节点的数据量。如图所示数据写入节点A后会同步到B和C节点B节点再把数据同步到D和E节点数据实现了一层一层的向下复制。当主节点需要挂载多个从节点时为了避免对主节点的性能干扰可以采用树状主从结构降低主节点压力。3、原理3.1、复制过程在从节点执行slaveof命令后复制过程便开始运作下面详细介绍建立复制的完整流程如图所示。从图中可以看出复制过程大致分为6个过程1)保存主节点(master)信息。执行slaveof后从节点只保存主节点的地址信息便直接返回这时建立复制流程还没有开始在从节点6380执行info replication可以看到如下信息master_host:127.0.0.1 master_port:6379 master_link_status:down从统计信息可以看出主节点的ip和port被保存下来但是主节点的连接状态(master_link_status)是下线状态。执行slaveof后Redis会打印如下日志SLAVE OF127.0.0.1:6379 enabled(user request fromid65 addr127.0.0.1:58090 fd5 name age11 idle0 flagsN db0 sub0 psub0 multi-1 qbuf0 qbuf-free 32768 obl0 oll0 omem0 eventsr cmdslaveof)通过该日志可以帮助运维人员定位发送slaveof命令的客户端方便追踪和发现问题。2)从节点(slave)内部通过每秒运行的定时任务维护复制相关逻辑当定时任务发现存在新的主节点后会尝试与该节点建立网络连接如图6所示。从节点会建立一个socket套接字例如图中从节点建立了一个端口为24555的套接字专门用于接受主节点发送的复制命令。从节点连接成功后打印如下日志* Connecting to MASTER127.0.0.1:6379 * MASTER-SLAVEsyncstarted如果从节点无法建立连接定时任务会无限重试直到连接成功或者执行slaveof no one取消复制如图所示。关于连接失败可以在从节点执行info replication查看master_link_down_since_seconds指标它会记录与主节点连接失败的系统时间。从节点连接主节点失败时也会每秒打印如下日志方便运维人员发现问题# Error condition on socket for SYNC: {socket_error_reason}3)发送ping命令。连接建立成功后从节点发送ping请求进行首次通信ping请求主要目的如下检测主从之间网络套接字是否可用。检测主节点当前是否可接受处理命令。如果发送ping命令后从节点没有收到主节点的pong回复或者超时比如网络超时或者主节点正在阻塞无法响应命令从节点会断开复制连接下次定时任务会发起重连如图所示。从节点发送的ping命令成功返回Redis打印如下日志并继续后续复制流程Master replied to PING, replication can continue…4)权限验证。如果主节点设置了requirepass参数则需要密码验证从节点必须配置masterauth参数保证与主节点相同的密码才能通过验证如果验证失败复制将终止从节点重新发起复制流程。5)同步数据集。主从复制连接正常通信后对于首次建立复制的场景主节点会把持有的数据全部发送给从节点这部分操作是耗时最长的步骤。Redis在2.8版本以后采用新复制命令psync进行数据同步原来的sync命令依然支持保证新旧版本的兼容性。新版同步划分两种情况全量同步和部分同步6)命令持续复制。当主节点把当前的数据同步给从节点后便完成了复制的建立流程。接下来主节点会持续地把写命令发送给从节点保证主从数据一致性。3.2、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过程分为全量复制和部分复制。全量复制一般用于初次复制场景Redis早期支持的复制功能只有全量复制它会把主节点全部数据一次性发送给从节点当数据量较大时会对主从节点和网络造成很大的开销。部分复制用于处理在主从复制中因网络闪断等原因造成的数据丢失场景当从节点再次连上主节点后如果条件允许主节点会补发丢失数据给从节点。因为补发的数据远远小于全量数据可以有效避免全量复制的过高开销。部分复制是对老版复制的重大优化有效避免了不必要的全量复制操作。因此当使用复制功能时尽量采用2.8以上版本的Redis。psync命令运行需要以下组件支持主从节点各自复制偏移量。主节点复制积压缓冲区。主节点运行id。3.2.1、复制偏移量参与复制的主从节点都会维护自身复制偏移量。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127.0.0.1:6379info replication# Replicationrole:master … master_repl_offset:1055130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统计指标如下127.0.0.1:6379info replication connected_slaves:1 slave0:ip127.0.0.1,port6380,stateonline,offset1055214,lag1…从节点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127.0.0.1:6380info replication# Replicationrole:slave … slave_repl_offset:1055214复制偏移量的维护如图所示。通过对比主从节点的复制偏移量可以判断主从节点数据是否一致。可以通过主节点的统计信息计算出master_repl_offset-slave_offset字节量判断主从节点复制相差的数据量根据这个差值判定当前复制的健康度。如果主从之间复制偏移量相差较大则可能是网络延迟或命令阻塞等原因引起。2.3.2、复制积压缓冲区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默认大小为1MB当主节点有连接的从节点(slave)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如图所示。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127.0.0.1:6379info replication# Replicationrole:master … repl_backlog_active:1 // 开启复制缓冲区 repl_backlog_size:1048576 // 缓冲区最大长度 repl_backlog_first_byte_offset:7479 // 起始偏移量计算当前缓冲区可用范围 repl_backlog_histlen:1048576 // 已保存数据的有效长度。根据统计指标可算出复制积压缓冲区内的可用偏移量范围[repl_backlog_first_byte_offsetrepl_backlog_first_byte_offsetrepl_backlog_histlen]。2.3.3、主节点运行ID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。如果只使用ipport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。可以运行info server命令查看当前节点的运行ID127.0.0.1:6379info server# Serverredis_version:3.0.7 … run_id:545f7c76183d0798a327591395b030000ee6def9需要注意的是Redis关闭再启动后运行ID会随之改变例如执行如下命令# redis-cli -p 6379 info server | grep run_idrun_id:545f7c76183d0798a327591395b030000ee6def9# redis-cli -p shutdown# redis-server redis-6379.conf# redis-cli -p 6379 info server | grep run_idrun_id:2b2ec5f49f752f35c2b2da4d05775b5b3aaa57ca如何在不改变运行ID的情况下重启呢当需要调优一些内存相关配置例如hash-max-ziplist-value等这些配置需要Redis重新加载才能优化已存在的数据这时可以使用debug reload命令重新加载RDB并保持运行ID不变从而有效避免不必要的全量复制。命令如下# redis-cli -p 6379 info server | grep run_idrun_id:2b2ec5f49f752f35c2b2da4d05775b5b3aaa57ca# redis-cli debug reloadOK# redis-cli -p 6379 info server | grep run_idrun_id:2b2ec5f49f752f35c2b2da4d05775b5b3aaa57cadebug reload命令会阻塞当前Redis节点主线程阻塞期间会生成本地RDB快照并清空数据之后再加载RDB文件。因此对于大数据量的主节点和无法容忍阻塞的应用场景谨慎使用。2.3.4、psync命令从节点使用psync命令完成部分复制和全量复制功能命令格式psync {runId} {offset}参数含义如下runId从节点所复制主节点的运行id。offset当前从节点已复制的数据偏移量。psync命令运行流程如图所示。流程说明1)从节点(slave)发送psync命令给主节点参数runId是当前从节点保存的主节点运行ID如果没有则默认值为参数offset是当前从节点保存的复制偏移量如果是第一次参与复制则默认值为-1。2)主节点(master)根据psync参数和自身数据情况决定响应结果如果回复FULLRESYNC {runId} {offset}那么从节点将触发全量复制流程。如果回复CONTINUE从节点将触发部分复制流程。如果回复ERR说明主节点版本低于Redis2.8无法识别psync命令从节点将发送旧版的sync命令触发全量复制流程。3.3、全量复制全量复制是Redis最早支持的复制方式也是主从第一次建立复制时必须经历的阶段。触发全量复制的命令是sync和psync它们的对应版本如图所示。这里主要介绍psync全量复制流程它与2.8以前的sync全量复制机制基本一致。全量复制的完整运行流程如图所示。流程说明1)发送psync命令进行数据同步由于是第一次进行复制从节点没有复制偏移量和主节点的运行ID所以发送psync-1。2)主节点根据psync-1解析出当前为全量复制回复FULLRESYNC响应。3)从节点接收主节点的响应数据保存运行ID和偏移量offset执行到当前步骤时从节点打印如下日志Partial resynchronization not possible(no cached master)Full resync from master: 92d1cb14ff7ba97816216f7beb839efe036775b2:2167894)主节点执行bgsave保存RDB文件到本地bgsave操作细节和开销见5.1节。主节点bgsave相关日志如下M * Full resync requested by slave127.0.0.1:6380 M * Starting BGSAVEforSYNC with target: disk C * Background saving started by pid32618C * RDB:0MB of memory used by copy-on-write M * Background saving terminated with successRedis3.0之后在输出的日志开头会有M、S、C等标识对应的含义是M当前为主节点日志S当前为从节点日志C子进程日志我们可以根据日志标识快速识别出每行日志的角色信息。5)主节点发送RDB文件给从节点从节点把接收的RDB文件保存在本地并直接作为从节点的数据文件接收完RDB后从节点打印相关日志可以在日志中查看主节点发送的数据量16:24:03.057 * MASTER-SLAVE sync: receiving24777842bytes from master需要注意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MASTER-SLAVE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此时从节点打印如下日志M27May12:10:31.169# Timeout receiving bulk data from MASTER… If the problempersists try tosettherepl-timeoutparameterinredis.conf to a larger value.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。关于无盘复制为了降低主节点磁盘开销Redis支持无盘复制生成的RDB文件不保存到硬盘而是直接通过网络发送给从节点通过repl-diskless-sync参数控制默认关闭。无盘复制适用于主节点所在机器磁盘性能较差但网络带宽较充裕的场景。注意无盘复制目前依然处于试验阶段线上使用需要做好充分测试。6)对于从节点开始接收RDB快照到接收完成期间主节点仍然响应读写命令因此主节点会把这期间写命令数据保存在复制客户端缓冲区内当从节点加载完RDB文件后主节点再把缓冲区内的数据发送给从节点保证主从之间数据一致性。如果主节点创建和传输RDB的时间过长对于高流量写入场景非常容易造成主节点复制客户端缓冲区溢出。默认配置为client-output-buffer-limit slave256MB64MB60如果60秒内缓冲区消耗持续大于64MB或者直接超过256MB时主节点将直接关闭复制客户端连接造成全量同步失败。对应日志如下M27May12:13:33.669# Client id2 addr127.0.0.1:24555 age1 idle1 flagsSqbuf0qbuf-free0obl18824oll21382omem268442640eventsrcmdpsync scheduled to be closed ASAPforovercoming of output buffer limits.因此运维人员需要根据主节点数据量和写命令并发量调整client-output-buffer-limit slave配置避免全量复制期间客户端缓冲区溢出。对于主节点当发送完所有的数据后就认为全量复制完成打印成功日志Synchronization withslave127.0.0.16380succeeded但是对于从节点全量复制依然没有完成还有后续步骤需要处理。7)从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该步骤对应如下日志16:24:02.234 * MASTER-SLAVE sync: Flushing old data8)从节点清空数据后开始加载RDB文件对于较大的RDB文件这一步操作依然比较耗时可以通过计算日志之间的时间差来判断加载RDB的总耗时对应如下日志16:24:03.578 * MASTER-SLAVE sync: Loading DBinmemory16:24:06.756 * MASTER-SLAVE sync: Finished with success对于线上做读写分离的场景从节点也负责响应读命令。如果此时从节点正出于全量复制阶段或者复制中断那么从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-serve-stale-data参数默认开启状态。如果开启则从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 inprogress”信息。9)从节点成功加载完RDB后如果当前节点开启了AOF持久化功能它会立刻做bgrewriteaof操作为了保证全量复制后AOF持久化文件立刻可用。通过分析全量复制的所有流程读者会发现全量复制是一个非常耗时费力的操作。它的时间开销主要包括主节点bgsave时间。RDB文件网络传输时间。从节点清空数据时间。从节点加载RDB的时间。可能的AOF重写时间。例如我们线上数据量在6G左右的主节点从节点发起全量复制的总耗时在2分钟左右。因此当数据量达到一定规模之后由于全量复制过程中将进行多次持久化相关操作和网络数据传输这期间会大量消耗主从节点所在服务器的CPU、内存和网络资源。所以除了第一次复制时采用全量复制在所难免之外对于其他场景应该规避全量复制的发生。正因为全量复制的成本问题Redis实现了部分复制功能。3.4、部分复制部分复制主要是Redis针对全量复制的过高开销做出的一种优化措施使用psync{runId}{offset}命令实现。当从节点(slave)正在复制主节点(master)时如果出现网络闪断或者命令丢失等异常情况时从节点会向主节点要求补发丢失的命令数据如果主节点的复制积压缓冲区内存在这部分数据则直接发送给从节点这样就可以保持主从节点复制的一致性。补发的这部分数据一般远远小于全量数据所以开销很小。部分复制的流程如图所示。流程说明1)当主从节点之间网络出现中断时如果超过repl-timeout时间主节点会认为从节点故障并中断复制连接打印如下日志M# Disconnecting timedout slave: 127.0.0.1:6380M# Connection with slave 127.0.0.1:6380 lost.如果此时从节点没有宕机也会打印与主节点连接丢失日志S# Connection with master lost.S * Caching the disconnected master state.2)主从连接中断期间主节点依然响应命令但因复制连接中断命令无法发送给从节点不过主节点内部存在的复制积压缓冲区依然可以保存最近一段时间的写命令数据默认最大缓存1MB。3)当主从节点网络恢复后从节点会再次连上主节点打印如下日志S * Connecting to MASTER127.0.0.1:6379 S * MASTER-SLAVEsyncstarted S * Non blocking connectforSYNC fired the event. S * Master replied to PING, replication can continue…4)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。该行为对应从节点日志如下S * Trying a partial resynchronization(request 2b2ec5f49f752f35c2b2da4d05775b5 b3aaa57ca:49768480).5)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。从节点接到回复后打印如下日志S * Successful partial resynchronization with master. S * MASTER-SLAVE sync: Master accepted a Partial Resynchronization.6)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。发送的数据量可以在主节点的日志获取如下所示M * Slave127.0.0.1:6380 asksforsynchronization M * Partial resynchronization request from127.0.0.1:6380 accepted. Sending78bytes of backlog starting from offset49769216.从日志中可以发现这次部分复制只同步了78字节传递的数据远远小于全量数据。3.5、心跳主从节点在建立复制后它们之间维护着长连接并彼此发送心跳命令如图所示。主从心跳判断机制1)主从节点彼此都有心跳检测机制各自模拟成对方的客户端进行通信通过client list命令查看复制相关客户端信息主节点的连接状态为flagsM从节点连接状态为flagsS。2)主节点默认每隔10秒对从节点发送ping命令判断从节点的存活性和连接状态。可通过参数repl-ping-slave-period控制发送频率。3)从节点在主线程中每隔1秒发送replconf ack{offset}命令给主节点上报自身当前的复制偏移量。replconf命令主要作用如下- 实时监测主从节点网络状态。- 上报自身复制偏移量检查复制数据是否丢失如果从节点数据丢失再从主节点的复制缓冲区中拉取丢失数据。- 实现保证从节点的数量和延迟性功能通过min-slaves-to-write、min-slaves-max-lag参数配置定义。主节点根据replconf命令判断从节点超时时间体现在info replication统计中的lag信息中lag表示与从节点最后一次通信延迟的秒数正常延迟应该在0和1之间。如果超过repl-timeout配置的值默认60秒则判定从节点下线并断开复制客户端连接。即使主节点判定从节点下线后如果从节点重新恢复心跳检测会继续进行。为了降低主从延迟一般把Redis主从节点部署在相同的机房/同城机房避免网络延迟和网络分区造成的心跳中断等情况。3.6、异步复制主节点不但负责数据读写还负责把写命令同步给从节点。写命令的发送过程是异步完成也就是说主节点自身处理完写命令后直接返回给客户端并不等待从节点复制完成如图所示。主节点复制流程1)主节点6379接收处理命令。2)命令处理完之后返回响应结果。3)对于修改命令异步发送给6380从节点从节点在主线程中执行复制的命令。由于主从复制过程是异步的就会造成从节点的数据相对主节点存在延迟。具体延迟多少字节我们可以在主节点执行info replication命令查看相关指标获得。如下slave0:ip127.0.0.1,port6380,stateonline,offset841,lag1master_repl_offset:841在统计信息中可以看到从节点slave0信息分别记录了从节点的ip和port从节点的状态offset表示当前从节点的复制偏移量master_repl_offset表示当前主节点的复制偏移量两者的差值就是当前从节点复制延迟量。Redis的复制速度取决于主从之间网络环境repl-disable-tcp-nodelay命令处理速度等。正常情况下延迟在1秒以内。4、开发与运维中的问题4.1、读写分离对于读占比较高的场景可以通过把一部分读流量分摊到从节点(slave)来减轻主节点(master)压力同时需要注意永远只对主节点执行写操作如图所示。当使用从节点响应读请求时业务端可能会遇到如下问题复制数据延迟。读到过期数据。从节点故障。4.1.1、数据延迟Redis复制数据的延迟由于异步复制特性是无法避免的延迟取决于网络带宽和命令阻塞情况比如刚在主节点写入数据后立刻在从节点上读取可能获取不到。需要业务场景允许短时间内的数据延迟。对于无法容忍大量延迟场景可以编写外部监控程序监听主从节点的复制偏移量当延迟较大时触发报警或者通知客户端避免读取延迟过高的从节点实现逻辑如图所示。说明如下1)监控程序(monitor)定期检查主从节点的偏移量主节点偏移量在info replication的master_repl_offset指标记录从节点偏移量可以查询主节点的slave0字段的offset指标它们的差值就是主从节点延迟的字节量。2)当延迟字节量过高时比如超过10MB。监控程序触发报警并通知客户端从节点延迟过高。可以采用Zookeeper的监听回调机制实现客户端通知。3)客户端接到具体的从节点高延迟通知后修改读命令路由到其他从节点或主节点上。当延迟恢复后再次通知客户端恢复从节点的读命令请求。这种方案的成本比较高需要单独修改适配Redis的客户端类库。如果涉及多种语言成本将会扩大。客户端逻辑需要识别出读写请求并自动路由还需要维护故障和恢复的通知。采用此方案视具体的业务而定如果允许不一致性或对延迟不敏感的业务可以忽略也可以采用Redis集群方案做水平扩展。4.1.2、读到过期数据当主节点存储大量设置超时的数据时如缓存数据Redis内部需要维护过期数据删除策略删除策略主要有两种惰性删除和定时删除具体细节见8.2节“内存管理”。惰性删除主节点每次处理读取命令时都会检查键是否超时如果超时则执行del命令删除键对象之后del命令也会异步发送给从节点。需要注意的是为了保证复制的一致性从节点自身永远不会主动删除超时数据如图所示。定时删除Redis主节点在内部定时任务会循环采样一定数量的键当发现采样的键过期时执行del命令之后再同步给从节点如图所示。如果此时数据大量超时主节点采样速度跟不上过期速度且主节点没有读取过期键的操作那么从节点将无法收到del命令。这时在从节点上可以读取到已经超时的数据。Redis在3.2版本解决了这个问题从节点读取数据之前会检查键的过期时间来决定是否返回数据可以升级到3.2版本来规避这个问题。4.1.3、从节点故障问题对于从节点的故障问题需要在客户端维护可用从节点列表当从节点故障时立刻切换到其他从节点或主节点上。这个过程类似上文提到的针对延迟过高的监控处理需要开发人员改造客户端类库。综上所出使用Redis做读写分离存在一定的成本。Redis本身的性能非常高开发人员在使用额外的从节点提升读性能之前尽量在主节点上做充分优化比如解决慢查询持久化阻塞合理应用数据结构等当主节点优化空间不大时再考虑扩展。笔者建议大家在做读写分离之前可以考虑使用Redis Cluster等分布式解决方案这样不止扩展了读性能还可以扩展写性能和可支撑数据规模并且一致性和故障转移也可以得到保证对于客户端的维护逻辑也相对容易。4.2、主从配置不一致主从配置不一致是一个容易忽视的问题。对于有些配置主从之间是可以不一致比如主节点关闭AOF在从节点开启。但对于内存相关的配置必须要一致比如maxmemoryhash-max-ziplist-entries等参数。当配置的maxmemory从节点小于主节点如果复制的数据量超过从节点maxmemory时它会根据maxmemory-policy策略进行内存溢出控制此时从节点数据已经丢失但主从复制流程依然正常进行复制偏移量也正常。修复这类问题也只能手动进行全量复制。当压缩列表相关参数不一致时虽然主从节点存储的数据一致但实际内存占用情况差异会比较大。4.3、规避全量复制全量复制是一个非常消耗资源的操作前面做了具体说明。因此如何规避全量复制是需要重点关注的运维点。下面我们对需要进行全量复制的场景逐个分析第一次建立复制由于是第一次建立复制从节点不包含任何主节点数据因此必须进行全量复制才能完成数据同步。对于这种情况全量复制无法避免。当对数据量较大且流量较高的主节点添加从节点时建议在低峰时进行操作或者尽量规避使用大数据量的Redis节点。节点运行ID不匹配当主从复制关系建立后从节点会保存主节点的运行ID如果此时主节点因故障重启那么它的运行ID会改变从节点发现主节点运行ID不匹配时会认为自己复制的是一个新的主节点从而进行全量复制。对于这种情况应该从架构上规避比如提供故障转移功能。当主节点发生故障后手动提升从节点为主节点或者采用支持自动故障转移的哨兵或集群方案。复制积压缓冲区不足当主从节点网络中断后从节点再次连上主节点时会发送psync{offset}{runId}命令请求部分复制如果请求的偏移量不在主节点的积压缓冲区内则无法提供给从节点数据因此部分复制会退化为全量复制。针对这种情况需要根据网络中断时长写命令数据量分析出合理的积压缓冲区大小。网络中断一般有闪断、机房割接、网络分区等情况。这时网络中断的时长一般在分钟级(net_break_time)。写命令数据量可以统计高峰期主节点每秒info replication的master_repl_offset差值获取(write_size_per_minute)。积压缓冲区默认为1MB对于大流量场景显然不够这时需要增大积压缓冲区保证repl_backlog_sizenet_break_time*write_size_per_minute从而避免因复制积压缓冲区不足造成的全量复制。4.4、规避复制风暴复制风暴是指大量从节点对同一主节点或者对同一台机器的多个主节点短时间内发起全量复制的过程。复制风暴对发起复制的主节点或者机器造成大量开销导致CPU、内存、带宽消耗。因此我们应该分析出复制风暴发生的场景提前采用合理的方式规避。规避方式有如下几个。4.4.1、单主节点复制风暴单主节点复制风暴一般发生在主节点挂载多个从节点的场景。当主节点重启恢复后从节点会发起全量复制流程这时主节点就会为从节点创建RDB快照如果在快照创建完毕之前有多个从节点都尝试与主节点进行全量同步那么其他从节点将共享这份RDB快照。这点Redis做了优化有效避免了创建多个快照。但是同时向多个从节点发送RDB快照可能使主节点的网络带宽消耗严重造成主节点的延迟变大极端情况会发生主从节点连接断开导致复制失败。解决方案首先可以减少主节点(master)挂载从节点(slave)的数量或者采用树状复制结构加入中间层从节点用来保护主节点如图所示。从节点采用树状树非常有用网络开销交给位于中间层的从节点而不必消耗顶层的主节点。但是这种树状结构也带来了运维的复杂性增加了手动和自动处理故障转移的难度。4.4.2、单机器复制风暴由于Redis的单线程架构通常单台机器会部署多个Redis实例。当一台机器(machine)上同时部署多个主节点(master)时如图所示。如果这台机器出现故障或网络长时间中断当它重启恢复后会有大量从节点(slave)针对这台机器的主节点进行全量复制会造成当前机器网络带宽耗尽。如何避免方法如下应该把主节点尽量分散在多台机器上避免在单台机器上部署过多的主节点。当主节点所在机器故障后提供故障转移机制避免机器恢复后进行密集的全量复制。
Redis 3.x——复制
发布时间：2026/7/16 21:27:35
复制1、配置1.1、建立复制1.2、断开复制1.3、安全性1.4、只读1.5、传输延迟2、拓扑2.1、一主一从结构2.2、一主多从结构2.3、树状主从结构3、原理3.1、复制过程3.2、数据同步3.2.1、复制偏移量2.3.2、复制积压缓冲区2.3.3、主节点运行ID2.3.4、psync命令3.3、全量复制3.4、部分复制3.5、心跳3.6、异步复制4、开发与运维中的问题4.1、读写分离4.1.1、数据延迟4.1.2、读到过期数据4.1.3、从节点故障问题4.2、主从配置不一致4.3、规避全量复制4.4、规避复制风暴4.4.1、单主节点复制风暴4.4.2、单机器复制风暴1、配置1.1、建立复制参与复制的Redis实例划分为主节点(master)和从节点(slave)。默认情况下Redis都是主节点。每个从节点只能有一个主节点而主节点可以同时具有多个从节点。复制的数据流是单向的只能由主节点复制到从节点。配置复制的方式有以下三种在配置文件中加入slaveof {masterHost}{masterPort}随Redis启动生效。在redis-server启动命令后加入--slaveof {masterHost} {masterPort}生效。直接使用命令slaveof {masterHost} {masterPort}生效。综上所述slaveof命令在使用时可以运行期动态配置也可以提前写到配置文件中。例如本地启动两个端口为6379和6380的Redis节点在127.0.0.16380执行如下命令127.0.0.1:6380slaveof127.0.0.16379slaveof配置都是在从节点发起这时6379作为主节点6380作为从节点。复制关系建立后执行如下命令测试127.0.0.1:6379set hello redis OK127.0.0.1:6379get helloredis127.0.0.1:6380get helloredis从运行结果中看到复制已经工作了针对主节点6379的任何修改都可以同步到从节点6380中复制过程如图所示。slaveof本身是异步命令执行slaveof命令时节点只保存主节点信息后返回后续复制流程在节点内部异步执行具体细节见之后复制原理小节。主从节点复制成功建立后可以使用info replication命令查看复制相关状态如下所示。主节点6379复制状态信息127.0.0.1:6379info replication# Replicationrole:master connected_slaves:1 slave0:ip127.0.0.1,port6379,stateonline,offset43,lag0….从节点6380复制状态信息127.0.0.1:6380info replication# Replicationrole:slave master_host:127.0.0.1 master_port:6380 master_link_status:up master_last_io_seconds_ago:4 master_sync_in_progress:0 …1.2、断开复制slaveof命令不但可以建立复制还可以在从节点执行slaveof no one来断开与主节点复制关系。例如在6380节点上执行slaveof no one来断开复制如图所示。断开复制主要流程断开与主节点复制关系。从节点晋升为主节点。从节点断开复制后并不会抛弃原有数据只是无法再获取主节点上的数据变化。通过slaveof命令还可以实现切主操作所谓切主是指把当前从节点对主节点的复制切换到另一个主节点。执行slaveof{newMasterIp}{newMasterPort}命令即可例如把6380节点从原来的复制6379节点变为复制6381节点如图所示切主操作流程如下断开与旧主节点复制关系。与新主节点建立复制关系。删除从节点当前所有数据。对新主节点进行复制操作。切主后从节点会清空之前所有的数据线上人工操作时小心slaveof在错误的节点上执行或者指向错误的主节点。1.3、安全性对于数据比较重要的节点主节点会通过设置requirepass参数进行密码验证这时所有的客户端访问必须使用auth命令实行校验。从节点与主节点的复制连接是通过一个特殊标识的客户端来完成因此需要配置从节点的masterauth参数与主节点密码保持一致这样从节点才可以正确地连接到主节点并发起复制流程。1.4、只读默认情况下从节点使用slave-read-onlyyes配置为只读模式。由于复制只能从主节点到从节点对于从节点的任何修改主节点都无法感知修改从节点会造成主从数据不一致。因此建议线上不要修改从节点的只读模式。1.5、传输延迟主从节点一般部署在不同机器上复制时的网络延迟就成为需要考虑的问题Redis为我们提供了repl-disable-tcp-nodelay参数用于控制是否关闭TCP_NODELAY默认关闭说明如下当关闭时主节点产生的命令数据无论大小都会及时地发送给从节点这样主从之间延迟会变小但增加了网络带宽的消耗。适用于主从之间的网络环境良好的场景如同机架或同机房部署。当开启时主节点会合并较小的TCP数据包从而节省带宽。默认发送时间间隔取决于Linux的内核一般默认为40毫秒。这种配置节省了带宽但增大主从之间的延迟。适用于主从网络环境复杂或带宽紧张的场景如跨机房部署。部署主从节点时需要考虑网络延迟、带宽使用率、防灾级别等因素如要求低延迟时建议同机架或同机房部署并关闭repl-disable-tcp-nodelay如果考虑高容灾性可以同城跨机房部署并开启repl-disable-tcp-nodelay。2、拓扑Redis的复制拓扑结构可以支持单层或多层复制关系根据拓扑复杂性可以分为以下三种一主一从、一主多从、树状主从结构下面分别介绍。2.1、一主一从结构一主一从结构是最简单的复制拓扑结构用于主节点出现宕机时从节点提供故障转移支持如图所示。当应用写命令并发量较高且需要持久化时可以只在从节点上开启AOF这样既保证数据安全性同时也避免了持久化对主节点的性能干扰。但需要注意的是当主节点关闭持久化功能时如果主节点脱机要避免自动重启操作。因为主节点之前没有开启持久化功能自动重启后数据集为空这时从节点如果继续复制主节点会导致从节点数据也被清空的情况丧失了持久化的意义。安全的做法是在从节点上执行slaveof no one断开与主节点的复制关系再重启主节点从而避免这一问题。2.2、一主多从结构一主多从结构又称为星形拓扑结构使得应用端可以利用多个从节点实现读写分离见下图。对于读占比较大的场景可以把读命令发送到从节点来分担主节点压力。同时在日常开发中如果需要执行一些比较耗时的读命令如keys、sort等可以在其中一台从节点上执行防止慢查询对主节点造成阻塞从而影响线上服务的稳定性。对于写并发量较高的场景多个从节点会导致主节点写命令的多次发送从而过度消耗网络带宽同时也加重了主节点的负载影响服务稳定性。2.3、树状主从结构树状主从结构又称为树状拓扑结构使得从节点不但可以复制主节点数据同时可以作为其他从节点的主节点继续向下层复制。通过引入复制中间层可以有效降低主节点负载和需要传送给从节点的数据量。如图所示数据写入节点A后会同步到B和C节点B节点再把数据同步到D和E节点数据实现了一层一层的向下复制。当主节点需要挂载多个从节点时为了避免对主节点的性能干扰可以采用树状主从结构降低主节点压力。3、原理3.1、复制过程在从节点执行slaveof命令后复制过程便开始运作下面详细介绍建立复制的完整流程如图所示。从图中可以看出复制过程大致分为6个过程1)保存主节点(master)信息。执行slaveof后从节点只保存主节点的地址信息便直接返回这时建立复制流程还没有开始在从节点6380执行info replication可以看到如下信息master_host:127.0.0.1 master_port:6379 master_link_status:down从统计信息可以看出主节点的ip和port被保存下来但是主节点的连接状态(master_link_status)是下线状态。执行slaveof后Redis会打印如下日志SLAVE OF127.0.0.1:6379 enabled(user request fromid65 addr127.0.0.1:58090 fd5 name age11 idle0 flagsN db0 sub0 psub0 multi-1 qbuf0 qbuf-free 32768 obl0 oll0 omem0 eventsr cmdslaveof)通过该日志可以帮助运维人员定位发送slaveof命令的客户端方便追踪和发现问题。2)从节点(slave)内部通过每秒运行的定时任务维护复制相关逻辑当定时任务发现存在新的主节点后会尝试与该节点建立网络连接如图6所示。从节点会建立一个socket套接字例如图中从节点建立了一个端口为24555的套接字专门用于接受主节点发送的复制命令。从节点连接成功后打印如下日志* Connecting to MASTER127.0.0.1:6379 * MASTER-SLAVEsyncstarted如果从节点无法建立连接定时任务会无限重试直到连接成功或者执行slaveof no one取消复制如图所示。关于连接失败可以在从节点执行info replication查看master_link_down_since_seconds指标它会记录与主节点连接失败的系统时间。从节点连接主节点失败时也会每秒打印如下日志方便运维人员发现问题# Error condition on socket for SYNC: {socket_error_reason}3)发送ping命令。连接建立成功后从节点发送ping请求进行首次通信ping请求主要目的如下检测主从之间网络套接字是否可用。检测主节点当前是否可接受处理命令。如果发送ping命令后从节点没有收到主节点的pong回复或者超时比如网络超时或者主节点正在阻塞无法响应命令从节点会断开复制连接下次定时任务会发起重连如图所示。从节点发送的ping命令成功返回Redis打印如下日志并继续后续复制流程Master replied to PING, replication can continue…4)权限验证。如果主节点设置了requirepass参数则需要密码验证从节点必须配置masterauth参数保证与主节点相同的密码才能通过验证如果验证失败复制将终止从节点重新发起复制流程。5)同步数据集。主从复制连接正常通信后对于首次建立复制的场景主节点会把持有的数据全部发送给从节点这部分操作是耗时最长的步骤。Redis在2.8版本以后采用新复制命令psync进行数据同步原来的sync命令依然支持保证新旧版本的兼容性。新版同步划分两种情况全量同步和部分同步6)命令持续复制。当主节点把当前的数据同步给从节点后便完成了复制的建立流程。接下来主节点会持续地把写命令发送给从节点保证主从数据一致性。3.2、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过程分为全量复制和部分复制。全量复制一般用于初次复制场景Redis早期支持的复制功能只有全量复制它会把主节点全部数据一次性发送给从节点当数据量较大时会对主从节点和网络造成很大的开销。部分复制用于处理在主从复制中因网络闪断等原因造成的数据丢失场景当从节点再次连上主节点后如果条件允许主节点会补发丢失数据给从节点。因为补发的数据远远小于全量数据可以有效避免全量复制的过高开销。部分复制是对老版复制的重大优化有效避免了不必要的全量复制操作。因此当使用复制功能时尽量采用2.8以上版本的Redis。psync命令运行需要以下组件支持主从节点各自复制偏移量。主节点复制积压缓冲区。主节点运行id。3.2.1、复制偏移量参与复制的主从节点都会维护自身复制偏移量。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127.0.0.1:6379info replication# Replicationrole:master … master_repl_offset:1055130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统计指标如下127.0.0.1:6379info replication connected_slaves:1 slave0:ip127.0.0.1,port6380,stateonline,offset1055214,lag1…从节点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127.0.0.1:6380info replication# Replicationrole:slave … slave_repl_offset:1055214复制偏移量的维护如图所示。通过对比主从节点的复制偏移量可以判断主从节点数据是否一致。可以通过主节点的统计信息计算出master_repl_offset-slave_offset字节量判断主从节点复制相差的数据量根据这个差值判定当前复制的健康度。如果主从之间复制偏移量相差较大则可能是网络延迟或命令阻塞等原因引起。2.3.2、复制积压缓冲区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默认大小为1MB当主节点有连接的从节点(slave)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如图所示。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127.0.0.1:6379info replication# Replicationrole:master … repl_backlog_active:1 // 开启复制缓冲区 repl_backlog_size:1048576 // 缓冲区最大长度 repl_backlog_first_byte_offset:7479 // 起始偏移量计算当前缓冲区可用范围 repl_backlog_histlen:1048576 // 已保存数据的有效长度。根据统计指标可算出复制积压缓冲区内的可用偏移量范围[repl_backlog_first_byte_offsetrepl_backlog_first_byte_offsetrepl_backlog_histlen]。2.3.3、主节点运行ID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。如果只使用ipport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。可以运行info server命令查看当前节点的运行ID127.0.0.1:6379info server# Serverredis_version:3.0.7 … run_id:545f7c76183d0798a327591395b030000ee6def9需要注意的是Redis关闭再启动后运行ID会随之改变例如执行如下命令# redis-cli -p 6379 info server | grep run_idrun_id:545f7c76183d0798a327591395b030000ee6def9# redis-cli -p shutdown# redis-server redis-6379.conf# redis-cli -p 6379 info server | grep run_idrun_id:2b2ec5f49f752f35c2b2da4d05775b5b3aaa57ca如何在不改变运行ID的情况下重启呢当需要调优一些内存相关配置例如hash-max-ziplist-value等这些配置需要Redis重新加载才能优化已存在的数据这时可以使用debug reload命令重新加载RDB并保持运行ID不变从而有效避免不必要的全量复制。命令如下# redis-cli -p 6379 info server | grep run_idrun_id:2b2ec5f49f752f35c2b2da4d05775b5b3aaa57ca# redis-cli debug reloadOK# redis-cli -p 6379 info server | grep run_idrun_id:2b2ec5f49f752f35c2b2da4d05775b5b3aaa57cadebug reload命令会阻塞当前Redis节点主线程阻塞期间会生成本地RDB快照并清空数据之后再加载RDB文件。因此对于大数据量的主节点和无法容忍阻塞的应用场景谨慎使用。2.3.4、psync命令从节点使用psync命令完成部分复制和全量复制功能命令格式psync {runId} {offset}参数含义如下runId从节点所复制主节点的运行id。offset当前从节点已复制的数据偏移量。psync命令运行流程如图所示。流程说明1)从节点(slave)发送psync命令给主节点参数runId是当前从节点保存的主节点运行ID如果没有则默认值为参数offset是当前从节点保存的复制偏移量如果是第一次参与复制则默认值为-1。2)主节点(master)根据psync参数和自身数据情况决定响应结果如果回复FULLRESYNC {runId} {offset}那么从节点将触发全量复制流程。如果回复CONTINUE从节点将触发部分复制流程。如果回复ERR说明主节点版本低于Redis2.8无法识别psync命令从节点将发送旧版的sync命令触发全量复制流程。3.3、全量复制全量复制是Redis最早支持的复制方式也是主从第一次建立复制时必须经历的阶段。触发全量复制的命令是sync和psync它们的对应版本如图所示。这里主要介绍psync全量复制流程它与2.8以前的sync全量复制机制基本一致。全量复制的完整运行流程如图所示。流程说明1)发送psync命令进行数据同步由于是第一次进行复制从节点没有复制偏移量和主节点的运行ID所以发送psync-1。2)主节点根据psync-1解析出当前为全量复制回复FULLRESYNC响应。3)从节点接收主节点的响应数据保存运行ID和偏移量offset执行到当前步骤时从节点打印如下日志Partial resynchronization not possible(no cached master)Full resync from master: 92d1cb14ff7ba97816216f7beb839efe036775b2:2167894)主节点执行bgsave保存RDB文件到本地bgsave操作细节和开销见5.1节。主节点bgsave相关日志如下M * Full resync requested by slave127.0.0.1:6380 M * Starting BGSAVEforSYNC with target: disk C * Background saving started by pid32618C * RDB:0MB of memory used by copy-on-write M * Background saving terminated with successRedis3.0之后在输出的日志开头会有M、S、C等标识对应的含义是M当前为主节点日志S当前为从节点日志C子进程日志我们可以根据日志标识快速识别出每行日志的角色信息。5)主节点发送RDB文件给从节点从节点把接收的RDB文件保存在本地并直接作为从节点的数据文件接收完RDB后从节点打印相关日志可以在日志中查看主节点发送的数据量16:24:03.057 * MASTER-SLAVE sync: receiving24777842bytes from master需要注意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MASTER-SLAVE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此时从节点打印如下日志M27May12:10:31.169# Timeout receiving bulk data from MASTER… If the problempersists try tosettherepl-timeoutparameterinredis.conf to a larger value.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。关于无盘复制为了降低主节点磁盘开销Redis支持无盘复制生成的RDB文件不保存到硬盘而是直接通过网络发送给从节点通过repl-diskless-sync参数控制默认关闭。无盘复制适用于主节点所在机器磁盘性能较差但网络带宽较充裕的场景。注意无盘复制目前依然处于试验阶段线上使用需要做好充分测试。6)对于从节点开始接收RDB快照到接收完成期间主节点仍然响应读写命令因此主节点会把这期间写命令数据保存在复制客户端缓冲区内当从节点加载完RDB文件后主节点再把缓冲区内的数据发送给从节点保证主从之间数据一致性。如果主节点创建和传输RDB的时间过长对于高流量写入场景非常容易造成主节点复制客户端缓冲区溢出。默认配置为client-output-buffer-limit slave256MB64MB60如果60秒内缓冲区消耗持续大于64MB或者直接超过256MB时主节点将直接关闭复制客户端连接造成全量同步失败。对应日志如下M27May12:13:33.669# Client id2 addr127.0.0.1:24555 age1 idle1 flagsSqbuf0qbuf-free0obl18824oll21382omem268442640eventsrcmdpsync scheduled to be closed ASAPforovercoming of output buffer limits.因此运维人员需要根据主节点数据量和写命令并发量调整client-output-buffer-limit slave配置避免全量复制期间客户端缓冲区溢出。对于主节点当发送完所有的数据后就认为全量复制完成打印成功日志Synchronization withslave127.0.0.16380succeeded但是对于从节点全量复制依然没有完成还有后续步骤需要处理。7)从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该步骤对应如下日志16:24:02.234 * MASTER-SLAVE sync: Flushing old data8)从节点清空数据后开始加载RDB文件对于较大的RDB文件这一步操作依然比较耗时可以通过计算日志之间的时间差来判断加载RDB的总耗时对应如下日志16:24:03.578 * MASTER-SLAVE sync: Loading DBinmemory16:24:06.756 * MASTER-SLAVE sync: Finished with success对于线上做读写分离的场景从节点也负责响应读命令。如果此时从节点正出于全量复制阶段或者复制中断那么从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-serve-stale-data参数默认开启状态。如果开启则从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 inprogress”信息。9)从节点成功加载完RDB后如果当前节点开启了AOF持久化功能它会立刻做bgrewriteaof操作为了保证全量复制后AOF持久化文件立刻可用。通过分析全量复制的所有流程读者会发现全量复制是一个非常耗时费力的操作。它的时间开销主要包括主节点bgsave时间。RDB文件网络传输时间。从节点清空数据时间。从节点加载RDB的时间。可能的AOF重写时间。例如我们线上数据量在6G左右的主节点从节点发起全量复制的总耗时在2分钟左右。因此当数据量达到一定规模之后由于全量复制过程中将进行多次持久化相关操作和网络数据传输这期间会大量消耗主从节点所在服务器的CPU、内存和网络资源。所以除了第一次复制时采用全量复制在所难免之外对于其他场景应该规避全量复制的发生。正因为全量复制的成本问题Redis实现了部分复制功能。3.4、部分复制部分复制主要是Redis针对全量复制的过高开销做出的一种优化措施使用psync{runId}{offset}命令实现。当从节点(slave)正在复制主节点(master)时如果出现网络闪断或者命令丢失等异常情况时从节点会向主节点要求补发丢失的命令数据如果主节点的复制积压缓冲区内存在这部分数据则直接发送给从节点这样就可以保持主从节点复制的一致性。补发的这部分数据一般远远小于全量数据所以开销很小。部分复制的流程如图所示。流程说明1)当主从节点之间网络出现中断时如果超过repl-timeout时间主节点会认为从节点故障并中断复制连接打印如下日志M# Disconnecting timedout slave: 127.0.0.1:6380M# Connection with slave 127.0.0.1:6380 lost.如果此时从节点没有宕机也会打印与主节点连接丢失日志S# Connection with master lost.S * Caching the disconnected master state.2)主从连接中断期间主节点依然响应命令但因复制连接中断命令无法发送给从节点不过主节点内部存在的复制积压缓冲区依然可以保存最近一段时间的写命令数据默认最大缓存1MB。3)当主从节点网络恢复后从节点会再次连上主节点打印如下日志S * Connecting to MASTER127.0.0.1:6379 S * MASTER-SLAVEsyncstarted S * Non blocking connectforSYNC fired the event. S * Master replied to PING, replication can continue…4)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。该行为对应从节点日志如下S * Trying a partial resynchronization(request 2b2ec5f49f752f35c2b2da4d05775b5 b3aaa57ca:49768480).5)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。从节点接到回复后打印如下日志S * Successful partial resynchronization with master. S * MASTER-SLAVE sync: Master accepted a Partial Resynchronization.6)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。发送的数据量可以在主节点的日志获取如下所示M * Slave127.0.0.1:6380 asksforsynchronization M * Partial resynchronization request from127.0.0.1:6380 accepted. Sending78bytes of backlog starting from offset49769216.从日志中可以发现这次部分复制只同步了78字节传递的数据远远小于全量数据。3.5、心跳主从节点在建立复制后它们之间维护着长连接并彼此发送心跳命令如图所示。主从心跳判断机制1)主从节点彼此都有心跳检测机制各自模拟成对方的客户端进行通信通过client list命令查看复制相关客户端信息主节点的连接状态为flagsM从节点连接状态为flagsS。2)主节点默认每隔10秒对从节点发送ping命令判断从节点的存活性和连接状态。可通过参数repl-ping-slave-period控制发送频率。3)从节点在主线程中每隔1秒发送replconf ack{offset}命令给主节点上报自身当前的复制偏移量。replconf命令主要作用如下- 实时监测主从节点网络状态。- 上报自身复制偏移量检查复制数据是否丢失如果从节点数据丢失再从主节点的复制缓冲区中拉取丢失数据。- 实现保证从节点的数量和延迟性功能通过min-slaves-to-write、min-slaves-max-lag参数配置定义。主节点根据replconf命令判断从节点超时时间体现在info replication统计中的lag信息中lag表示与从节点最后一次通信延迟的秒数正常延迟应该在0和1之间。如果超过repl-timeout配置的值默认60秒则判定从节点下线并断开复制客户端连接。即使主节点判定从节点下线后如果从节点重新恢复心跳检测会继续进行。为了降低主从延迟一般把Redis主从节点部署在相同的机房/同城机房避免网络延迟和网络分区造成的心跳中断等情况。3.6、异步复制主节点不但负责数据读写还负责把写命令同步给从节点。写命令的发送过程是异步完成也就是说主节点自身处理完写命令后直接返回给客户端并不等待从节点复制完成如图所示。主节点复制流程1)主节点6379接收处理命令。2)命令处理完之后返回响应结果。3)对于修改命令异步发送给6380从节点从节点在主线程中执行复制的命令。由于主从复制过程是异步的就会造成从节点的数据相对主节点存在延迟。具体延迟多少字节我们可以在主节点执行info replication命令查看相关指标获得。如下slave0:ip127.0.0.1,port6380,stateonline,offset841,lag1master_repl_offset:841在统计信息中可以看到从节点slave0信息分别记录了从节点的ip和port从节点的状态offset表示当前从节点的复制偏移量master_repl_offset表示当前主节点的复制偏移量两者的差值就是当前从节点复制延迟量。Redis的复制速度取决于主从之间网络环境repl-disable-tcp-nodelay命令处理速度等。正常情况下延迟在1秒以内。4、开发与运维中的问题4.1、读写分离对于读占比较高的场景可以通过把一部分读流量分摊到从节点(slave)来减轻主节点(master)压力同时需要注意永远只对主节点执行写操作如图所示。当使用从节点响应读请求时业务端可能会遇到如下问题复制数据延迟。读到过期数据。从节点故障。4.1.1、数据延迟Redis复制数据的延迟由于异步复制特性是无法避免的延迟取决于网络带宽和命令阻塞情况比如刚在主节点写入数据后立刻在从节点上读取可能获取不到。需要业务场景允许短时间内的数据延迟。对于无法容忍大量延迟场景可以编写外部监控程序监听主从节点的复制偏移量当延迟较大时触发报警或者通知客户端避免读取延迟过高的从节点实现逻辑如图所示。说明如下1)监控程序(monitor)定期检查主从节点的偏移量主节点偏移量在info replication的master_repl_offset指标记录从节点偏移量可以查询主节点的slave0字段的offset指标它们的差值就是主从节点延迟的字节量。2)当延迟字节量过高时比如超过10MB。监控程序触发报警并通知客户端从节点延迟过高。可以采用Zookeeper的监听回调机制实现客户端通知。3)客户端接到具体的从节点高延迟通知后修改读命令路由到其他从节点或主节点上。当延迟恢复后再次通知客户端恢复从节点的读命令请求。这种方案的成本比较高需要单独修改适配Redis的客户端类库。如果涉及多种语言成本将会扩大。客户端逻辑需要识别出读写请求并自动路由还需要维护故障和恢复的通知。采用此方案视具体的业务而定如果允许不一致性或对延迟不敏感的业务可以忽略也可以采用Redis集群方案做水平扩展。4.1.2、读到过期数据当主节点存储大量设置超时的数据时如缓存数据Redis内部需要维护过期数据删除策略删除策略主要有两种惰性删除和定时删除具体细节见8.2节“内存管理”。惰性删除主节点每次处理读取命令时都会检查键是否超时如果超时则执行del命令删除键对象之后del命令也会异步发送给从节点。需要注意的是为了保证复制的一致性从节点自身永远不会主动删除超时数据如图所示。定时删除Redis主节点在内部定时任务会循环采样一定数量的键当发现采样的键过期时执行del命令之后再同步给从节点如图所示。如果此时数据大量超时主节点采样速度跟不上过期速度且主节点没有读取过期键的操作那么从节点将无法收到del命令。这时在从节点上可以读取到已经超时的数据。Redis在3.2版本解决了这个问题从节点读取数据之前会检查键的过期时间来决定是否返回数据可以升级到3.2版本来规避这个问题。4.1.3、从节点故障问题对于从节点的故障问题需要在客户端维护可用从节点列表当从节点故障时立刻切换到其他从节点或主节点上。这个过程类似上文提到的针对延迟过高的监控处理需要开发人员改造客户端类库。综上所出使用Redis做读写分离存在一定的成本。Redis本身的性能非常高开发人员在使用额外的从节点提升读性能之前尽量在主节点上做充分优化比如解决慢查询持久化阻塞合理应用数据结构等当主节点优化空间不大时再考虑扩展。笔者建议大家在做读写分离之前可以考虑使用Redis Cluster等分布式解决方案这样不止扩展了读性能还可以扩展写性能和可支撑数据规模并且一致性和故障转移也可以得到保证对于客户端的维护逻辑也相对容易。4.2、主从配置不一致主从配置不一致是一个容易忽视的问题。对于有些配置主从之间是可以不一致比如主节点关闭AOF在从节点开启。但对于内存相关的配置必须要一致比如maxmemoryhash-max-ziplist-entries等参数。当配置的maxmemory从节点小于主节点如果复制的数据量超过从节点maxmemory时它会根据maxmemory-policy策略进行内存溢出控制此时从节点数据已经丢失但主从复制流程依然正常进行复制偏移量也正常。修复这类问题也只能手动进行全量复制。当压缩列表相关参数不一致时虽然主从节点存储的数据一致但实际内存占用情况差异会比较大。4.3、规避全量复制全量复制是一个非常消耗资源的操作前面做了具体说明。因此如何规避全量复制是需要重点关注的运维点。下面我们对需要进行全量复制的场景逐个分析第一次建立复制由于是第一次建立复制从节点不包含任何主节点数据因此必须进行全量复制才能完成数据同步。对于这种情况全量复制无法避免。当对数据量较大且流量较高的主节点添加从节点时建议在低峰时进行操作或者尽量规避使用大数据量的Redis节点。节点运行ID不匹配当主从复制关系建立后从节点会保存主节点的运行ID如果此时主节点因故障重启那么它的运行ID会改变从节点发现主节点运行ID不匹配时会认为自己复制的是一个新的主节点从而进行全量复制。对于这种情况应该从架构上规避比如提供故障转移功能。当主节点发生故障后手动提升从节点为主节点或者采用支持自动故障转移的哨兵或集群方案。复制积压缓冲区不足当主从节点网络中断后从节点再次连上主节点时会发送psync{offset}{runId}命令请求部分复制如果请求的偏移量不在主节点的积压缓冲区内则无法提供给从节点数据因此部分复制会退化为全量复制。针对这种情况需要根据网络中断时长写命令数据量分析出合理的积压缓冲区大小。网络中断一般有闪断、机房割接、网络分区等情况。这时网络中断的时长一般在分钟级(net_break_time)。写命令数据量可以统计高峰期主节点每秒info replication的master_repl_offset差值获取(write_size_per_minute)。积压缓冲区默认为1MB对于大流量场景显然不够这时需要增大积压缓冲区保证repl_backlog_sizenet_break_time*write_size_per_minute从而避免因复制积压缓冲区不足造成的全量复制。4.4、规避复制风暴复制风暴是指大量从节点对同一主节点或者对同一台机器的多个主节点短时间内发起全量复制的过程。复制风暴对发起复制的主节点或者机器造成大量开销导致CPU、内存、带宽消耗。因此我们应该分析出复制风暴发生的场景提前采用合理的方式规避。规避方式有如下几个。4.4.1、单主节点复制风暴单主节点复制风暴一般发生在主节点挂载多个从节点的场景。当主节点重启恢复后从节点会发起全量复制流程这时主节点就会为从节点创建RDB快照如果在快照创建完毕之前有多个从节点都尝试与主节点进行全量同步那么其他从节点将共享这份RDB快照。这点Redis做了优化有效避免了创建多个快照。但是同时向多个从节点发送RDB快照可能使主节点的网络带宽消耗严重造成主节点的延迟变大极端情况会发生主从节点连接断开导致复制失败。解决方案首先可以减少主节点(master)挂载从节点(slave)的数量或者采用树状复制结构加入中间层从节点用来保护主节点如图所示。从节点采用树状树非常有用网络开销交给位于中间层的从节点而不必消耗顶层的主节点。但是这种树状结构也带来了运维的复杂性增加了手动和自动处理故障转移的难度。4.4.2、单机器复制风暴由于Redis的单线程架构通常单台机器会部署多个Redis实例。当一台机器(machine)上同时部署多个主节点(master)时如图所示。如果这台机器出现故障或网络长时间中断当它重启恢复后会有大量从节点(slave)针对这台机器的主节点进行全量复制会造成当前机器网络带宽耗尽。如何避免方法如下应该把主节点尽量分散在多台机器上避免在单台机器上部署过多的主节点。当主节点所在机器故障后提供故障转移机制避免机器恢复后进行密集的全量复制。
