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Redis是一个开源、高性能、内存键值存储系统#xff0c;同时也提供了数据结构服务器的功能。它支持五种主要的数据类型#xff1a;字符串#xff08;String#xff09;、哈希表#xff08;Hashes#xff09;、列表#xff08;Lists#xff09;、集合#xff…1、引言
Redis是一个开源、高性能、内存键值存储系统同时也提供了数据结构服务器的功能。它支持五种主要的数据类型字符串String、哈希表Hashes、列表Lists、集合Sets和有序集合Sorted Sets。Redis因其数据全部存放在内存中读写速度极快特别适用于高并发场景下的缓存服务、实时排行榜、消息队列等应用场景。
Redis还具有持久化功能可以将数据异步或同步地保存到磁盘以确保在服务器重启后数据不丢失。同时Redis支持多种客户端语言如Java、Python、Node.js等并且可以通过主从复制、哨兵模式、集群等方式实现高可用性和水平扩展。
1.1、主从复制的重要性及其在Redis中的角色
主从复制是Redis提供的一种数据备份与恢复机制同时也是构建分布式系统的基石。在主从复制体系中一个节点作为主节点Master其他节点则作为从节点Slave。主节点接收所有的写请求并执行然后将写操作日志通过网络发送给从节点。从节点接收到这些日志后会执行相同的命令从而保证主从节点之间的数据一致性。
主从复制的重要性体现在以下几个方面
数据冗余与备份多个从节点可以保留主节点的完整数据副本用于数据恢复或者故障转移。读写分离主节点负责处理写请求从节点负责处理读请求这样可以减轻主节点的压力提高系统整体性能。高可用性当主节点出现故障时可以通过自动或手动方式提升一个从节点为新的主节点保持服务的连续性。
1.2、Redis 7.0版本的更新概述
Redis 7.0版本带来了许多新特性和改进以下是一些关键更新点
多线程IORedis 7.0对IO密集型任务启用了多线程处理提高了Redis处理网络I/O的能力尤其在大规模高并发连接场景下显著提升性能。Time Series模块增加了对时间序列数据的支持适合存储和查询大量基于时间戳的数据SSL/TLS加密通信增强了安全性支持在客户端和服务端之间使用SSL/TLS协议进行加密通信Bloom Filter数据结构引入了布隆过滤器Bloom Filter这一新的数据结构用于近似判断某个元素是否存在于大规模集合中有效节省存储空间。增强的复制功能可能包括部分重同步优化、更稳定的复制状态转换逻辑等进一步提升主从复制的稳定性和效率。
Redis 7.0版本通常也会包含一系列性能优化措施以及对已知问题的修复以持续提升Redis的整体性能和稳定性。
2、主从复制的基本原理
主从复制Master-Slave Replication是Redis中一种常见的数据备份和扩展读性能的技术。在这种配置中一个Redis实例被配置为主服务器Master负责处理写操作并维护数据的一致性而一个或多个Redis实例被配置为从服务器Slave它们复制主服务器的数据并处理读操作。主从复制不仅提供了数据冗余增强了数据的可靠性还可以分担读操作的负载从而提高整个系统的性能。
2.1、主从复制的工作流程
1主从复制的工作流程大致相同
连接建立从服务器通过发送SYNC命令给主服务器请求开始复制过程。全量同步主服务器接收到SYNC命令后会执行BGSAVE命令生成一个RDB快照文件并将这个文件发送给从服务器。同时主服务器还会将所有在此期间接收到的写命令缓存起来。从服务器加载RDB从服务器接收到RDB快照文件后会将其加载到内存中从而拥有与主服务器相同的数据。增量同步在从服务器加载RDB期间以及之后主服务器会将缓存的写命令发送给从服务器从服务器执行这些命令以保持与主服务器的数据同步。持续复制一旦完成了全量同步和增量同步主服务器会继续将后续接收到的写命令发送给从服务器从服务器也会继续执行这些命令保持与主服务器的数据一致。
2RDB和AOF对主从复制的影响
RDB方式下主节点定期保存快照如果在主从复制过程中有新的RDB文件生成主节点不会强制从节点重新做全量同步除非从节点主动请求或者网络断开时间较长导致数据不一致。AOF模式下虽然主节点主要依赖AOF日志进行持久化但主从复制依然是基于命令传播的方式进行即主节点将所有写命令发送给从节点。若主节点重启并根据AOF文件恢复数据已连接的从节点会继续同步主节点自上次中断以来的所有新命令。
2.2、数据同步策略
在Redis 7.0中主从复制的数据同步策略得到了进一步的优化和增强。以下是几个关键的数据同步策略
全量同步阶段展示主服务器生成RDB快照并将其发送给从服务器的过程。可以使用流程图主服务器有一个箭头指向RDB快照文件再有一个箭头指向从服务器。增量同步阶段展示主服务器将写命令发送给从服务器从服务器执行这些命令的过程。可以使用流程图主服务器有一个箭头指向写命令再有一个箭头指向从服务器。持续复制阶段展示主服务器持续发送写命令给从服务器从服务器持续接收并执行的过程。可以用一个简单的循环箭头来表示这一过程。
3、配置与实践
本次实践使用的环境是Docker所以需要使用者有docker基础。
1拉取redis镜像
docker pull redis2修改redis.conf配置文件
## 无论是Master还是Slave容器都要修改这些属性
daemonize yes
bind 0.0.0.0
protected-mode no
requirepass 1234563启动容器 因为Docker容器是属于隔离的容器所以一个镜像可以启动多个容器。
## 启动Master容器docker run -d \
--name Master_Redis \
-p 8900:6379 \
-v /usr/tt/masterRedis/conf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf \
-v /usr/tt/masterRedis/data:/data \
d1397258b2## 启动Slave容器使用的是与Master相同的镜像)
## Slave_1
docker run -d \
--name Slave_Redis_1 \
-p 8901:6379 \
-v /usr/tt/slaveRedis/conf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf \
-v /usr/tt/slaveRedis/data:/data \
d1397258b2
--slaveof 192.168.240.3 8900 # 当前Redis是哪台Master的Slave机器--slaveof Master地址 Master端口## Slave_2
docker run -d \
--name Slave_Redis_2 \
-p 8902:6379 \
-v /usr/tt/slaveRedis/conf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf \
-v /usr/tt/slaveRedis/data:/data \
d1397258b2
--slaveof 192.168.240.3 89004info replication查看配置信息
在Master机器上输入info replication后就会看到连接上的Slave信息
role:master
connected_slaves:2 # slave机器连接数
slave0:ip192.168.240.3,port6379,stateonline,offset38730,lag0 # slave_1
slave1:ip192.168.240.3,port6379,stateonline,offset38730,lag0 # slave_2
master_failover_state:no-failover
master_replid:779eb999b0b80fbb5f12801e112db1a9b050fb6a
master_replid2:292fddd7005571cf21dff750302e6f666dbdb2ab
master_repl_offset:38730
second_repl_offset:27657
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:27657
repl_backlog_histlen:11074在Slave机器上输入info replication后就会看到连接的Master和当前的状态信息
role:slave
master_host:192.168.240.3 # master主机的地址
master_port:8900 # master主机的端口
master_link_status:up # 当前master主机的状态
master_last_io_seconds_ago:9
master_sync_in_progress:0
slave_read_repl_offset:39038
slave_repl_offset:39038
slave_priority:100
slave_read_only:1
replica_announced:1
connected_slaves:0
master_failover_state:no-failover
master_replid:779eb999b0b80fbb5f12801e112db1a9b050fb6a
master_replid2:292fddd7005571cf21dff750302e6f666dbdb2ab
master_repl_offset:39038
second_repl_offset:27657
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:9317
repl_backlog_histlen:2972只要出现上面的信息则表示Redis7.0版本的主从复制成功。
4、结论
Redis主从复制是一种有效的数据备份和扩展读性能的机制。它提供了数据冗余增强了可靠性并分担了读操作的负载。
4.1、主从复制在Redis中的重要性和价值
数据冗余和备份 主从复制实现了数据的热备份提供了数据层面上的冗余。即使主节点出现故障或进行维护时从节点可以继续提供服务保证了数据的高可用性。故障恢复 当主节点发生故障时可以通过切换至从节点通常通过哨兵模式自动完成快速恢复服务从而实现高可用架构设计减少业务中断时间。负载均衡与读写分离 通过配置多个从节点Redis可以支持读写分离主节点处理所有写操作而从节点用于处理只读请求极大地提高了系统的并行处理能力和整体性能特别是在读多写少的应用场景下。水平扩展能力 单一节点的资源有限通过主从复制可以将数据分布到多个服务器上从而实现水平扩展满足更高的并发访问需求和更大的存储需求。构建更高级集群架构的基础 主从复制是搭建Redis Sentinel哨兵系统和Redis Cluster集群的基础哨兵模式可以监控主从状态并自动故障转移集群则能够进一步实现数据分片和分布式计算。地理分布与容灾 在多数据中心或多地域部署的情况下通过设置跨地域的主从复制可以在不同地理位置保存数据副本增强系统的容灾能力。
4.2、Redis主从复制缺点
数据延迟在高负载情况下从节点与主节点之间的数据同步可能会有延迟这可能导致从节点的数据不是最新的。这种延迟可能会影响一些需要实时数据一致性的应用。故障转移不是自动的在没有使用Redis Sentinel或Redis Cluster的情况下如果主节点出现故障需要手动进行故障转移这可能会增加系统的恢复时间。成本增加为了保持数据的冗余和可靠性需要维护多个从节点服务器这可能会增加硬件和运维成本。写扩展限制所有的写操作仍然需要通过主节点进行因此主从复制不会提高写操作的性能。在写操作非常频繁的场景下这可能会成为性能瓶颈。一致性问题虽然主从复制可以提高系统的可用性但在某些情况下如网络分区或主节点宕机可能会导致数据不一致的问题。
