1.第一次同步时,从服务器向主服务器发送一次SYNC命令,主服务器收到之后做一次bgsave、并同时将后续修改操作记录到内存buffer,待完成后将RDB文件全量同步到复制节点
2.复制节点接收完成后将RDB镜像加载到内存中,加载完成后,再通知主节点
3.后续的增量数据通过AOF日志同步即可,有点类似数据库的binlog
拓展:Redis实现分布式锁
随着互联网技术的飞速发展,越来越多的单体架构已经转型成了分布式架构,,分布式架构确实能带来性能和效率上的提升,但是也会带来数据一致性的问题。
分布式锁,就是解决分布式架构中数据一致性的专用武器,分布式锁需要满足一下三个方面方可放心使用:
排他性:在同一时间只会有一个客户端能获取到锁,其它客户端无法同时获取
避免死锁:这把锁在一段有限的时间之后,一定会被释放(正常释放或异常释放)
高可用:获取或释放锁的机制必须高可用且性能佳
目前,我所知道的分布式锁大概有三种主流方式实现,分别是zookpeer,redis,还有本地数据库,
Redis复制流程概述Redis的复制功能是完全建立在之前我们讨论过的基于内存快照的持久化策略基础上的,也就是说无论你的持久化策略选择的是什么,只要用到了Redis的复制功能,就一定会有内存快照发生,那么首先要注意你的系统内存容量规划,原因可以参考我上一篇文章中提到的Redis磁盘IO问题。
Redis复制流程在Slave和Master端各自是一套状态机流转,涉及的状态信息是:
Slave 端:
REDIS_REPL_NONEREDIS_REPL_CONNECTREDIS_REPL_CONNECTED
Master端:
REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_STARTREDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_ENDREDIS_REPL_SEND_BULKREDIS_REPL_ONLINE
整个状态机流程过程如下:
Slave端在配置文件中添加了slave of指令,于是Slave启动时读取配置文件,初始状态为REDIS_REPL_CONNECT。
Slave端在定时任务serverCron(Redis内部的定时器触发事件)中连接Master,发送sync命令,然后阻塞等待master发送回其内存快照文件(最新版的Redis已经不需要让Slave阻塞)。
Master端收到sync命令简单判断是否有正在进行的内存快照子进程,没有则立即开始内存快照,有则等待其结束,当快照完成后会将该文件发送给Slave端。
Slave端接收Master发来的内存快照文件,保存到本地,待接收完成后,清空内存表,重新读取Master发来的内存快照文件,重建整个内存表数据结构,并最终状态置位为 REDIS_REPL_CONNECTED状态,Slave状态机流转完成。
Master端在发送快照文件过程中,接收的任何会改变数据集的命令都会暂时先保存在Slave网络连接的发送缓存队列里(list数据结构),待快照完成后,依次发给Slave,之后收到的命令相同处理,并将状态置位为 REDIS_REPL_ONLINE。
整个复制过程完成,流程如下图所示:
Redis复制机制的缺陷
从上面的流程可以看出,Slave从库在连接Master主库时,Master会进行内存快照,然后把整个快照文件发给Slave,也就是没有象MySQL那样有复制位置的概念,即无增量复制,这会给整个集群搭建带来非常多的问题。
比如一台线上正在运行的Master主库配置了一台从库进行简单读写分离,这时Slave由于网络或者其它原因与Master断开了连接,那么当Slave进行重新连接时,需要重新获取整个Master的内存快照,Slave所有数据跟着全部清除,然后重新建立整个内存表,一方面Slave恢复的时间会非常慢,另一方面也会给主库带来压力。
所以基于上述原因,如果你的Redis集群需要主从复制,那么最好事先配置好所有的从库,避免中途再去增加从库。
Cache还是Storage
在我们分析过了Redis的复制与持久化功能后,我们不难得出一个结论,实际上Redis目前发布的版本还都是一个单机版的思路,主要的问题集中在,持久化方式不够成熟,复制机制存在比较大的缺陷,这时我们又开始重新思考Redis的定位:Cache还是Storage?
如果作为Cache的话,似乎除了有些非常特殊的业务场景,必须要使用Redis的某种数据结构之外,我们使用Memcached可能更合适,毕竟Memcached无论客户端包和服务器本身更久经考验。
如果是作为存储Storage的话,我们面临的最大的问题是无论是持久化还是复制都没有办法解决Redis单点问题,即一台Redis挂掉了,没有太好的办法能够快速的恢复,通常几十G的持久化数据,Redis重启加载需要几个小时的时间,而复制又有缺陷,如何解决呢?
Redis可扩展集群搭建1. 主动复制避开Redis复制缺陷。
既然Redis的复制功能有缺陷,那么我们不妨放弃Redis本身提供的复制功能,我们可以采用主动复制的方式来搭建我们的集群环境。
所谓主动复制是指由业务端或者通过代理中间件对Redis存储的数据进行双写或多写,通过数据的多份存储来达到与复制相同的目的,主动复制不仅限于用在Redis集群上,目前很多公司采用主动复制的技术来解决MySQL主从之间复制的延迟问题,比如Twitter还专门开发了用于复制和分区的中间件gizzard(https://github.com/twitter/gizzard) 。
主动复制虽然解决了被动复制的延迟问题,但也带来了新的问题,就是数据的一致性问题,数据写2次或多次,如何保证多份数据的一致性呢?如果你的应用对数据一致性要求不高,允许最终一致性的话,那么通常简单的解决方案是可以通过时间戳或者vector clock等方式,让客户端同时取到多份数据并进行校验,如果你的应用对数据一致性要求非常高,那么就需要引入一些复杂的一致性算法比如Paxos来保证数据的一致性,但是写入性能也会相应下降很多。
通过主动复制,数据多份存储我们也就不再担心Redis单点故障的问题了,如果一组Redis集群挂掉,我们可以让业务快速切换到另一组Redis上,降低业务风险。
2. 通过presharding进行Redis在线扩容。
通过主动复制我们解决了Redis单点故障问题,那么还有一个重要的问题需要解决:容量规划与在线扩容问题。
我们前面分析过Redis的适用场景是全部数据存储在内存中,而内存容量有限,那么首先需要根据业务数据量进行初步的容量规划,比如你的业务数据需要100G存储空间,假设服务器内存是48G,那么根据上一篇我们讨论的Redis磁盘IO的问题,我们大约需要3~4台服务器来存储。这个实际是对现有业务情况所做的一个容量规划,假如业务增长很快,很快就会发现当前的容量已经不够了,Redis里面存储的数据很快就会超过物理内存大小,那么如何进行Redis的在线扩容呢?
Redis的作者提出了一种叫做presharding的方案来解决动态扩容和数据分区的问题,实际就是在同一台机器上部署多个Redis实例的方式,当容量不够时将多个实例拆分到不同的机器上,这样实际就达到了扩容的效果。
拆分过程如下:
在新机器上启动好对应端口的Redis实例。
配置新端口为待迁移端口的从库。
待复制完成,与主库完成同步后,切换所有客户端配置到新的从库的端口。
配置从库为新的主库。
移除老的端口实例。
重复上述过程迁移好所有的端口到指定服务器上。
以上拆分流程是Redis作者提出的一个平滑迁移的过程,不过该拆分方法还是很依赖Redis本身的复制功能的,如果主库快照数据文件过大,这个复制的过程也会很久,同时会给主库带来压力。所以做这个拆分的过程最好选择为业务访问低峰时段进行。
Redis复制的改进思路
我们线上的系统使用了我们自己改进版的Redis,主要解决了Redis没有增量复制的缺陷,能够完成类似Mysql Binlog那样可以通过从库请求日志位置进行增量复制。
我们的持久化方案是首先写Redis的AOF文件,并对这个AOF文件按文件大小进行自动分割滚动,同时关闭Redis的Rewrite命令,然后会在业务低峰时间进行内存快照存储,并把当前的AOF文件位置一起写入到快照文件中,这样我们可以使快照文件与AOF文件的位置保持一致性,这样我们得到了系统某一时刻的内存快照,并且同时也能知道这一时刻对应的AOF文件的位置,那么当从库发送同步命令时,我们首先会把快照文件发送给从库,然后从库会取出该快照文件中存储的AOF文件位置,并将该位置发给主库,主库会随后发送该位置之后的所有命令,以后的复制就都是这个位置之后的增量信息了。
Redis与MySQL的结合
目前大部分互联网公司使用MySQL作为数据的主要持久化存储,那么如何让Redis与MySQL很好的结合在一起呢?我们主要使用了一种基于MySQL作为主库,Redis作为高速数据查询从库的异构读写分离的方案。
为此我们专门开发了自己的MySQL复制工具,可以方便的实时同步MySQL中的数据到Redis上。
(MySQL-Redis 异构读写分离)
总结:
Redis的复制功能没有增量复制,每次重连都会把主库整个内存快照发给从库,所以需要避免向在线服务的压力较大的主库上增加从库。
Redis的复制由于会使用快照持久化方式,所以如果你的Redis持久化方式选择的是日志追加方式(aof),那么系统有可能在同一时刻既做aof日志文件的同步刷写磁盘,又做快照写磁盘操作,这个时候Redis的响应能力会受到影响。所以如果选用aof持久化,则加从库需要更加谨慎。
可以使用主动复制和presharding方法进行Redis集群搭建与在线扩容。
1. 什么是RedisRedis是由意大利人Salvatore Sanfilippo(网名:antirez)开发的一款内存高速缓存数据库。Redis全称为:Remote Dictionary Server(远程数据服务),该软件使用C语言编写,Redis是一个key-value存储系统,它支持丰富的数据类型,如:string、list、set、zset(sorted set)、hash。
2. Redis特点
Redis以内存作为数据存储介质,所以读写数据的效率极高,远远超过数据库。以设置和获取一个256字节字符串为例,它的读取速度可高达110000次/s,写速度高达81000次/s。
Redis跟memcache不同的是,储存在Redis中的数据是持久化的,断电或重启后,数据也不会丢失。因为Redis的存储分为内存存储、磁盘存储和log文件三部分,重启后,Redis可以从磁盘重新将数据加载到内存中,这些可以通过配置文件对其进行配置,正因为这样,Redis才能实现持久化。
Redis支持主从模式,可以配置集群,这样更利于支撑起大型的项目,这也是Redis的一大亮点。
3. Redis应用场景,它能做什么
众多语言都支持Redis,因为Redis交换数据快,所以在服务器中常用来存储一些需要频繁调取的数据,这样可以大大节省系统直接读取磁盘来获得数据的I/O开销,更重要的是可以极大提升速度。
拿大型网站来举个例子,比如a网站首页一天有100万人访问,其中有一个板块为推荐新闻。要是直接从数据库查询,那么一天就要多消耗100万次数据库请求。上面已经说过,Redis支持丰富的数据类型,所以这完全可以用Redis来完成,将这种热点数据存到Redis(内存)中,要用的时候,直接从内存取,极大的提高了速度和节约了服务器的开销。
总之,Redis的应用是非常广泛的,而且极有价值,真是服务器中的一件利器,所以从现在开始,我们就来一步步学好它。
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