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Redis集群的三种模式原理详解

2020-10-15 09:05:42



一、主从同步/复制


  通过持久化功能,Redis保证了即使在服务器重启的情况下也不会丢失(或少量丢失)数据,因为持久化会把内存中数据保存到硬盘上,重启会从硬盘上加载数据。 但是由于数据是存储在一台服务器上的,如果这台服务器出现硬盘故障等问题,也会导致数据丢失。

  为了避免单点故障,通常的做法是将数据库复制多个副本以部署在不同的服务器上,这样即使有一台服务器出现故障,其他服务器依然可以继续提供服务。为此, Redis 提供了复制(replication)功能,可以实现当一台数据库中的数据更新后,自动将更新的数据同步到其他数据库上。

  在复制的概念中,数据库分为两类,一类是主数据库(master),另一类是从数据库(slave)。主数据库可以进行读写操作,当写操作导致数据变化时会自动将数据同步给从数据库。而从数据库一般是只读的,并接受主数据库同步过来的数据。一个主数据库可以拥有多个从数据库,而一个从数据库只能拥有一个主数据库。redis三中集群部署模式

主从数据库的配置:

  主数据库不用配置,从数据库的配置文件(redis.conf)中可以加载主数据库的信息,也可以在启动时,使用 redis-server --port 6380 --slaveof 127.0.0.1 6379 命令指明主数据库的 IP 和端口。从数据库一般是只读,可以改为可写,但写入的数据很容易被主同步没,所以还是只读就可以。也可以在运行时使用 slaveof ip port 命令,停止原来的主,切换成刚刚设置的主 slaveof no one会把自己变成主。

主从复制原理:


从数据库连接主数据库,发送SYNC命令; 

主数据库接收到SYNC命令后,开始执行BGSAVE命令生成RDB文件并使用缓冲区记录此后执行的所有写命令; 

主数据库BGSAVE执行完后,向所有从数据库发送快照文件,并在发送期间继续记录被执行的写命令; 

从数据库收到快照文件后丢弃所有旧数据,载入收到的快照; 

主数据库快照发送完毕后开始向从数据库发送缓冲区中的写命令; 

从数据库完成对快照的载入,开始接收命令请求,并执行来自主数据库缓冲区的写命令;(从数据库初始化完成)

主数据库每执行一个写命令就会向从数据库发送相同的写命令,从数据库接收并执行收到的写命令(从数据库初始化完成后的操作)

出现断开重连后,2.8之后的版本会将断线期间的命令传给重数据库,增量复制。

主从刚刚连接的时候,进行全量同步;全同步结束后,进行增量同步。当然,如果有需要,slave 在任何时候都可以发起全量同步。Redis 的策略是,无论如何,首先会尝试进行增量同步,如不成功,要求从机进行全量同步。

优点:

支持主从复制,主机会自动将数据同步到从机,可以进行读写分离;

为了分载Master的读操作压力,Slave服务器可以为客户端提供只读操作的服务,写服务仍然必须由Master来完成;

Slave同样可以接受其它Slaves的连接和同步请求,这样可以有效的分载Master的同步压力;

Master Server是以非阻塞的方式为Slaves提供服务。所以在Master-Slave同步期间,客户端仍然可以提交查询或修改请求;

Slave Server同样是以非阻塞的方式完成数据同步。在同步期间,如果有客户端提交查询请求,Redis则返回同步之前的数据;

缺点:

Redis不具备自动容错和恢复功能,主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败,需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复;

主机宕机,宕机前有部分数据未能及时同步到从机,切换IP后还会引入数据不一致的问题,降低了系统的可用性;

如果多个Slave断线了,需要重启的时候,尽量不要在同一时间段进行重启。因为只要Slave启动,就会发送sync请求和主机全量同步,当多个 Slave 重启的时候,可能会导致 Master IO剧增从而宕机。

Redis较难支持在线扩容,在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂;

二、哨兵模式

  第一种主从同步/复制的模式,当主服务器宕机后,需要手动把一台从服务器切换为主服务器,这就需要人工干预,费事费力,还会造成一段时间内服务不可用。这不是一种推荐的方式,更多时候,我们优先考虑哨兵模式。

  哨兵模式是一种特殊的模式,首先Redis提供了哨兵的命令,哨兵是一个独立的进程,作为进程,它会独立运行。其原理是哨兵通过发送命令,等待Redis服务器响应,从而监控运行的多个Redis实例。


哨兵模式的作用:

通过发送命令,让Redis服务器返回监控其运行状态,包括主服务器和从服务器;

当哨兵监测到master宕机,会自动将slave切换成master,然后通过发布订阅模式通知其他的从服务器,修改配置文件,让它们切换主机;

然而一个哨兵进程对Redis服务器进行监控,也可能会出现问题,为此,我们可以使用多个哨兵进行监控。各个哨兵之间还会进行监控,这样就形成了多哨兵模式。


故障切换的过程:

  假设主服务器宕机,哨兵1先检测到这个结果,系统并不会马上进行 failover 过程,仅仅是哨兵1主观的认为主服务器不可用,这个现象成为主观下线。当后面的哨兵也检测到主服务器不可用,并且数量达到一定值时,那么哨兵之间就会进行一次投票,投票的结果由一个哨兵发起,进行 failover 操作。切换成功后,就会通过发布订阅模式,让各个哨兵把自己监控的从服务器实现切换主机,这个过程称为客观下线。这样对于客户端而言,一切都是透明的。



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