1、高可用
高可用HA（High Availability）是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计减少系统不能提供服务的时间。
单机redis的风险与问题
问题1.机器故障
现象：硬盘故障、系统崩溃
本质：数据丢失，很可能对业务造成灾难性打击
结论：基本上会放弃使用redis.
问题2.容量瓶颈
现象：内存不足，从16G升级到64G，从64G升级到128G，无限升级内存
本质：穷，硬件条件跟不上
结论：放弃使用redis
结论：
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。
2、主从复制简介
主从复制即将master中的数据即时、有效的复制到slave中，一个master可以拥有多个slave，一个slave只对应一个master
主从复制.jpg
master：写数据，执行写操作时，将出现变化的数据自动同步到slave，读数据（可忽略）
slave：读数据，写数据（禁止）
主从复制的作用
1、读写分离：master写、slave读，提高服务器的读写负载能力
2、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
3、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
4、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
5、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
3、主从复制工作流程
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
3.1、建立连接阶段
建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号
建立连接.jpg
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）
步骤4：身份验证
步骤5：发送slave端口信息
至此，主从连接成功！
状态：
slave：保存master的地址与端口
master：保存slave的端口
总体：之间创建了连接的socket
主从连接方式：
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>
断开连接
客户端发送命令
slaveof no one
说明：slave断开连接后，不会删除已有数据，只是不再接受master发送的数据
3.2、数据同步阶段
在slave初次连接master后，复制master中的所有数据同步到slave
将slave的数据库状态更新成master当前的数据库状态
数据同步.jpg
步骤1：请求同步数据
步骤2：创建RDB同步数据
步骤3：恢复RDB同步数据
步骤4：请求部分同步数据
步骤5：恢复部分同步数据
至此，数据同步工作完成！
状态：
slave：具有master端全部数据，包含RDB过程接收的数据
master：保存slave当前数据同步的位置
总体：之间完成了数据克隆
数据同步阶段master说明：
- 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
- 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。
repl-backlog-size 1mb
- 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%的内存用于行bgsave命令和创建复制缓冲区
数据同步阶段slave说明：
- 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
slave-serve-stale-data yes|no
- 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
- 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
- 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
3.3、命令传播阶段
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（run id）
2、主服务器的复制积压缓冲区
3、主从服务器的复制偏移量
服务器运行ID（runid）
概念：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
复制缓冲区：
概念：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，由偏移量和字节值组成。
由来：每台服务器启动时，如果开启有AOF或被连接成为master节点，即创建复制缓冲区
作用：用于保存master收到的所有指令（仅影响数据变更的指令，例如set，select）
数据来源：当master接收到主客户端的指令时，除了将指令执行，会将该指令存储到缓冲区中
偏移量（offset）
概念：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）
数据来源：
master端：发送一次记录一次
slave端：接收一次记录一次
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
命令传播.jpg
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
主从复制工作流程.jpg
4、主从复制常见问题
4.1、频繁的全量复制
全量复制问题一
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。
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
全量复制问题二
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
4.2、频繁的网络中断
问题一
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，确认是否释放slave
repl-timeout
该参数定义了超时时间的阈值（默认60秒），超过该值，释放slave
问题二
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
4.3、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）
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