【补充】
高可用：（总时间-宕机时间）/总时间，目标是99.999%

主从复制

为了避免单点Redis服务器故障，准备多台服务器，互相连通。将数据复制多个副本保存在不同的服
务器上，连接在一起，并保证数据是同步的。即使有其中一台服务器宕机，其他服务器依然可以继续
提供服务，实现Redis的高可用，同时实现数据冗余备份。

提供数据方：master
接收数据方：slave

从机通常不允许写，当主机宕机，需要临时推选出一个从机代替主机工作。

作用

• 读写分离：master写、slave读，提高服务器的负载能力。
• 负载均衡：基于主从结构，配合读写分离，由slave分担master负载，并根据需求的变化，改变slave的数
  量，通过多个从节点分担数据读取负载，大大提高Redis服务器并发量与数据吞吐量
• 故障恢复：当master出现问题时，由slave提供服务，实现快速的故障恢复
• 数据冗余：实现数据热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式
• 高可用基石：基于主从复制，构建哨兵模式与集群，实现Redis的高可用方案

工作流程

主从复制过程大体可以分为3个阶段
+ 建立连接阶段（即准备阶段）
+ 数据同步阶段
+ 命令传播阶段

建立连接

建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号

步骤1：设置master的地址和端口，保存master信息

步骤2：建立socket连接

步骤3：发送ping命令（定时器任务）（断开重连）

步骤4：身份验证

步骤5：发送slave端口信息

具体实现：

设置master信息：

• 方式一：客户端发送命令slaveof <masterip> <masterport>
• 方式二：启动服务器参数redis-server -slaveof <masterip> <masterport>
• 方式三：服务器配置slaveof <masterip> <masterport>

断开方式：slaveof no one

配置授权认证：

master设置密码的方法：

• 配置文件：requirepass <password>
• 指令设置密码：config set requirepass <password>

slave密码认证方法：

• 指令：auth <password>
• 启动客户端参数：redis-cli -a <password>
• 配置文件：masterauth <password>

数据同步

• 在slave初次连接master后，复制master中的所有数据到slave
• 将slave的数据库状态更新成master当前的数据库状态

连接后的第一次同步是全量复制：

• slave发送指令：psync2
• master执行bgsave，产生rdb文件，这段时间内执行的指令放在命令缓冲区中
• master将rdb文件发给slave
• slave从rdb文件中恢复数据

然后是部分（增量）复制：

• master将命令缓冲区中指令以aof的格式发送给slave
• slave执行指令以同步

数据同步阶段master说明：

1. 如果master数据量巨大，数据同步阶段应避开流量高峰期，避免造成master阻塞，影响业务正常执行
2. 复制缓冲区大小设定不合理，会导致数据溢出。如进行全量复制周期太长，进行部分复制时发现数据已经存在丢失的情况，必须进行第二次全量复制，致使slave陷入死循环状态。
   相关配置：repl-backlog-size 1mb
3. master单机内存占用主机内存的比例不应过大，建议使用50%-70%的内存，留下30%-50%的内存用于执行bgsave命令和创建复制缓冲区

数据同步阶段slave说明：

1. 为避免slave进行全量复制、部分复制时服务器响应阻塞或数据不同步，建议关闭此期间的对外服务
   相关配置：slave-serve-stale-data yes|no
2. 数据同步阶段，master发送给slave信息可以理解master是slave的一个客户端，主动向slave发送命令
3. 多个slave同时对master请求数据同步，master发送的RDB文件增多，会对带宽造成巨大冲击，如果master带宽不足，因此数据同步需要根据业务需求，适量错峰
4. slave过多时，建议调整拓扑结构，由一主多从结构变为树状结构，中间的节点既是master，也是slave。注意使用树状结构时，由于层级深度，导致深度越高的slave与最顶层master间数据同步延迟较大，数据一致性变差，应谨慎选择

命令传播

• 当master数据库状态被修改后，导致主从服务器数据库状态不一致，此时需要让主从数据同步到一致的状态，同步的动作称为命令传播
• master将接收到的数据变更命令发送给slave，slave接收命令后执行命令

命令传播阶段的部分复制：

如果命令传播阶段出现了断网现象：
+ 网络闪断闪连 ——忽略
+ 短时间网络中断 ——部分复制
+ 长时间网络中断 ——全量复制

部分复制的三个核心要素：

1. 服务器的运行ID

服务器运行ID是每一台服务器每次运行的身份识别码，一台服务器多次运行可以生成多个运行id。

组成：运行id由40位字符组成，是一个随机的十六进制字符
例如：fdc9ff13b9bbaab28db42b3d50f852bb5e3fcdce。

作用：运行id被用于在服务器间进行传输，识别身份。
如果想两次操作均对同一台服务器进行，必须每次操作携带对应的运行id，用于对方识别。

实现方式：运行id在每台服务器启动时自动生成的，master在首次连接slave时，会将自己的运行ID发送给slave，slave保存此ID，通过info Server命令，可以查看节点的runid。

2. 主服务器的复制积压缓冲区

复制缓冲区，又名复制积压缓冲区，是一个先进先出（FIFO）的队列，用于存储服务器执行过的命令，每次传播命令，master都会将传播的命令记录下来，并存储在复制缓冲区

内容就是AOF文件的格式，每个字节值还有一个偏移量。

3. 主从服务器的复制偏移量

一个数字，描述复制缓冲区中的指令字节位置

分类：
+ master复制偏移量：记录发送给所有slave的指令字节对应的位置（多个）
+ slave复制偏移量：记录slave接收master发送过来的指令字节对应的位置（一个）

作用：同步信息，比对master与slave的差异，当slave断线后，恢复数据使用

工作流程总结

心跳机制

进入命令传播阶段候，master与slave间需要进行信息交换，使用心跳机制进行维护，实现双方连接保持在线。

master心跳：
+ 指令：PING
+ 周期：由repl-ping-slave-period决定，默认10秒
+ 作用：判断slave是否在线
+ 查询：INFO replication 获取slave最后一次连接时间间隔，lag项维持在0或1视为正常

slave心跳任务
+ 指令：REPLCONF ACK {offset}
+ 周期：1秒
+ 作用1：汇报slave自己的复制偏移量，获取最新的数据变更指令
+ 作用2：判断master是否在线

注意:

• 当slave多数掉线，或延迟过高时，master为保障数据稳定性，将拒绝所有信息同步操作

相关配置：

min-slaves-to-write 2
min-slaves-max-lag 8

slave数量少于2个，或者所有slave的延迟都大于等于10秒时，强制关闭master写功能，停止数据同步

• slave数量由slave发送REPLCONF ACK命令做确认
• slave延迟由slave发送REPLCONF ACK命令做确认

主从复制常见问题

频繁的全量复制（1）

伴随着系统的运行，master的数据量会越来越大，一旦master重启，runid将发生变化，会导致全部slave的全量复制操作

内部优化调整方案：
1. master内部创建master_replid变量，使用runid相同的策略生成，长度41位，并发送给所有slave
2. 在master关闭时执行命令shutdown save，进行RDB持久化,将runid与offset保存到RDB文件中
+ repl-id repl-offset
+ 通过redis-check-rdb命令可以查看该信息
3. master重启后加载RDB文件，恢复数据重启后，将RDB文件中保存的repl-id与repl-offset加载到内存中
+ master_repl_id = repl master_repl_offset = repl-offset
+ 通过info命令可以查看该信息

作用：
本机保存上次runid，重启后恢复该值，使所有slave认为还是之前的master

频繁的全量复制（2）

问题现象:

网络环境不佳，出现网络中断，slave不提供服务

问题原因:

复制缓冲区过小，断网后slave的offset越界，触发全量复制

最终结果:

slave反复进行全量复制

解决方案:
+ 修改复制缓冲区大小
+ 建议设置如下：
1. 测算从master到slave的重连平均时长second
2. 获取master平均每秒产生写命令数据总量write_size_per_second
3. 最优复制缓冲区空间 = 2 * second * write_size_per_second

频繁的网络中断（1）

问题现象:

master的CPU占用过高 或 slave频繁断开连接

问题原因：

• slave每1秒发送REPLCONF ACK命令到master
• 当slave接到了慢查询时（keys * ，hgetall等），会大量占用CPU性能
• master每1秒调用复制定时函数replicationCron()，比对slave发现长时间没有进行响应

最终结果：

master各种资源（输出缓冲区、带宽、连接等）被严重占用

解决方案：

通过设置合理的超时时间repl-timeout，确认是否释放slave。该参数定义了超时时间的阈值（默认60秒），超过该值，释放slave

频繁的网络中断（2）

问题现象：

slave与master连接断开

问题原因：
+ master发送ping指令频度较低
+ master设定超时时间较短
+ ping指令在网络中存在丢包

解决方案：

提高ping指令发送的频度

repl-ping-slave-period

超时时间repl-time的时间至少是ping指令频度的5到10倍，否则slave很容易判定超时

数据不一致

问题现象：

多个slave获取相同数据不同步

问题原因：

网络信息不同步，数据发送有延迟

解决方案：
+ 优化主从间的网络环境，通常放置在同一个机房部署，如使用阿里云等云服务器时要注意此现象
+ 监控主从节点延迟（通过offset）判断，如果slave延迟过大，暂时屏蔽程序对该slave的数据访问

slave-serve-stale-data yes|no

开启后仅响应info、slaveof等少数命令（慎用，除非对数据一致性要求很高）

哨兵模式

上面提到如果主机宕机，需要临时推选出一个从机代替主机工作。

作用

哨兵(sentinel) 是一个分布式系统，用于对主从结构中的每台服务器进行监控，当出现故障时通过投票机制选择新的master并将所有slave连接到新的master。

监控：

不断的检查master和slave是否正常运行。

master存活检测、master与slave运行情况检测

通知（提醒）：

当被监控的服务器出现问题时，向其他（哨兵间，客户端）发送通知。

自动故障转移：

断开master与slave连接，选取一个slave作为master，将其他slave连接到新的master，并告知客户端新的服务器地址

注意：
+ 哨兵也是一台redis服务器，只是不提供数据服务
+ 通常哨兵配置数量为单数

启用哨兵

启用哨兵命令：

redis-sentinel sentinel-配置.conf

配置文件：

sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2  
# 配置监控的主节点
# 这个配置项格式为sentinel monitor <master-group-name> <ip> <port> <quorum>
# 意义为监视一个名为mymaster的主节点（这里的mymaster可以自定义，主要是为了标识这个集群）
# 主节点ip地址是127.0.0.1，端口为6379
# 法定票数为2票。表示至少需要2个哨兵认为节点down了，才算down了。

sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
# 监控到指定的集群的主节点异常状态持续多久方才将标记为“故障”；

sentinel parallel-syncs mymaster 1
# 指在failover过程中，能够被sentinel并行配置的从节点的数量；数值越大，要求网络资源越高，要求越小，同步时间约长

sentinel failover-timeout 180000
# sentinel必须在此指定的时长内完成故障转移操作，否则，将视为故障转移操作失败

哨兵工作原理

哨兵在进行主从切换过程中经历三个阶段
+ 监控
+ 通知
+ 故障转移

监控阶段

用于同步各个节点的状态信息

• 获取各个sentinel的状态（是否在线）
• 获取master的状态
  • master属性
    • runid
    • role：master
  • 各个slave的详细信息
• 获取所有slave的状态（根据master中的slave信息）
  • slave属性
    • runid
    • role：slave
    • master_host、master_port
    • offset
    • ……

通知阶段

sentinel之间也会组建连接网共享master和slave的状态。

每个sentinel收集到了信息都会共享给其他的sentinel。

故障转移阶段

如果某一sentinel某时刻联系不上主机并且超过failover-timeout时间，就对其他sentinel发起通知SENTINEL is-master-down-by-addr ……，此时该sentinel对主机的判定为SRI_S_DOWN，即主观下线。

其他sentinel收到通知后也对主机做出评判，如果有超半数(法定票数)的sentinel认为主机宕机了，就判定该主机为SRI_O_DOWN，即客观下线。

然后sentinel内部开始发送竞选指令争选作为处理该故障的哨兵。所有哨兵根据收到竞选指令的先后和一些评判标准投票，获得投票数最多的哨兵处理该故障。

哨兵的任务：

在服务器列表中挑选备选master：
+ 筛选在线的
+ 剔除响应慢的
+ 剔除与原master断开时间久的
+ 按照优先原则
- 优先级
- offset
- runid

根据以上方法挑选出一个备选master后，开始替换master：
- 发送指令（sentinel）
- 向新的master发送slaveof no one
- 向其他slave发送slaveof 新masterIP端口

集群

集群就是使用网络将若干台计算机联通起来，并提供统一的管理方式，使其对外呈现单机的服务效果

集群的作用

• 分散单台服务器的访问压力，实现负载均衡
• 分散单台服务器的存储压力，实现可扩展性
• 降低单台服务器宕机带来的业务灾难

设计

• 通过算法设计，计算出key应该保存的位置
• 将所有的存储空间计划切割成16384份槽，每台主机保存一部分
  每份代表的是一个存储空间，不是一个key的保存空间
• 将key按照计算出的结果放到对应的存储空间

集群内部也有通信，每台机器都知道一个指定的槽放在哪个机器上，如果槽未命中，则会通知用户正确位置。

cluster集群搭建

参考详解Redis Cluster集群 - 请叫我头头哥 - 博客园