详解redis的主从复制模式（redis的主从复制原理）

在有一定规模的系统中，引入缓存是必须的。目前，redis已经成为分布式缓存领域事实上的霸主，其他的如memcached等则逐渐的退出了历史舞台。redis已如此重要，如果在系统中仍然以单点的形式存在，那么一旦发生故障，轻则可导致数据库压力倍增，重则让系统崩溃，产生重大损失。为了避免单点故障，提高可用性，redis提供了主从复制的集群模式。

主从复制模式是一种基本的集群模式。集群中包含两种角色，主节点和从节点。它通过把数据从主节点复制到从节点的方式，实现集群中所有节点都拥有同一份数据。

1、主从复制集群的结构

在主从复制模式中，集群的主从节点的结构通常有两种。

一种是从节点全部从主节点同步数据。结构如下图：

这个结构的优点是：所有从节点都从主节点同步数据，步调基本一致，延迟较少。但缺点也很明显，就是主节点的压力较大。

另外一种结构是只有少量的从节点直接从主节点同步数据，其他的从节点从从节点同步数据，形成一种级联结构，结构如下图：

这种结构的优缺点基本与前一种结构相反，主节点由于只有一个从节点，所以压力较小，但同时，只有主节点的直接从节点的数据同步延迟较小，其他的从节点，越往后，延迟越大。当然，这里也有其他的变种，比如如图中的红色虚线表示的，其他从节点直接作为第一个从节点的从节点。

2、主从复制的过程

redis的主从复制支持两种方式，全量复制和增量复制。

全量复制

全量复制一般发生在从节点的初始化节点，此时从节点没有数据，需要从主节点同步全部数据。过程如下：

（1）从（节点）服务器连接主（节点）服务器，发送SYNC命令

（2）主服务器收到SYNC命令后，执行BGSAVE命令生成RDB快照文件并使用缓冲区记录随后的所有写命令

（3）主服务器执行BGSAVE完成后，向所有从服务器发送RDB快照文件（每次生成磁盘文件，效率较低，在2.8以后做了优化，可以不生成文件），并继续记录所有的写命令

（4）从服务器收到RDB快照文件后，清除所有旧数据，载入快照中的新数据

（5）主服务器在快照文件发送完成后，向所有从服务器发送缓冲区中的写命令

（6）从服务器完成RDB快照的载入后，开始接收命令请求，并同时接收来自主服务器的写命令

时序图如下：

全量同步有一些缺点：

（1）同步的数据量大，性能影响比较大。在初次同步的时候是必要的，但是有些时候则有点多余，比如从服务器开启了持久化，因某种原因停机重启。

（2）有一个隐含的重大隐患，比如主服务器没有开启持久化，由于某种原因重启，此时主服务器没有数据，从服务器重连上来后，要开启同步，可能导致从服务器的所有数据被清空。

所以需要一种只同步少量数据的机制，那就是增量同步。

增量同步

过程如下：

（1）从服务器连接主服务器，发送PSYNC命令，带上主服务器的runid（机器标识）和offset（数据偏移量）

（2）主服务器验证runid和offset是否有效，无效则开启全量同步，有效则从offset处同步增量数据

3、主从复制的优缺点

主从复制有如下优点：

（1）配置简单，易于实现（2）实现数据备份和冗余，提高数据可靠性（3）实现读写分离，提高系统性能

但也有如下缺点：

（1）在主节点发生故障时，只能手动切换，故障恢复时间长，必须借助其他手段完成自动切换

（2）所有的写操作都在主节点上，主节点的压力大，会成为性能瓶颈

（3）所有节点都保持同一份数据，不能进行数据分片，单机容量即为整个集群的容量

4、主从复制的使用场景

（1）数据备份和恢复：通过从节点备份主节点的数据，实现数据备份。

（2）读写分离：主节点承担写操作或部分读操作，从节点执行读操作，减轻主节点压力，提高系统性能

（3）提高可扩展性：在不影响主节点的情况下，通过增加从节点来扩展系统的读取能力。

5、总结

主从复制模式适合数据备份和恢复、读写分离和平滑扩展等场景，但在主节点故障时需要手动切换，不能自动实现故障转移，我们以后在讲到哨兵（sentinel）模式的时候，会发现可以用sentinal来实现这一点，从而实现更高的可用性。