楔子

主從同步（主從複製）是 Redis 高可用服務的基石，也是多機執行中最基礎的一個。我們把主要儲存資料的節點叫做主節點 (master），把其他通過複製主節點資料的副本節點叫做從節點 (slave），如下圖所示：

在 Redis 中一個主節點可以擁有多個從節點，一個從節點也可以是其他伺服器的主節點，如下圖所示：

主從同步

主從同步的優點

優點有以下三個：

• 效能方面：有了主從同步之後，可以把查詢任務分配給從伺服器，用主伺服器來執行寫操作，這樣極大的提高了程式執行的效率，把所有壓力分攤到各個伺服器了；
• 高可用：當有了主從同步之後，當主伺服器節點宕機之後，可以很迅速的把從節點提升為主節點，為 Redis 伺服器的宕機恢復節省了寶貴的時間；
• 防止資料丟失：當主伺服器磁碟壞掉之後，其他從伺服器還保留著相關的資料，不至於資料全部丟失。

既然主從同步有這麼多的優點，那接下來我們來看如何開啟和使用主從同步功能。

開啟主從同步

由於我只有一臺阿里雲伺服器，所以無法用實際的三臺機器，不過萬幸的是我們有docker，我們執行三個容器不就行啦。

這裡我們啟動三個容器，繫結宿主機的埠分別是6379、6380、6381，其中6379是master，6380和6381是slave，三個容器名分別叫redis_master、redis_slave1、redis_slave2。

但是注意：docker根據redis映象啟動的容器是沒有配置檔案的，因為docker根據redis映象建立的容器預設是無配置檔案啟動Redis的。如果想指定Redis的配置，方法有以下三種：

• 建立容器的時候通過資料卷的方式，我們將宿主機中的redis.conf傳遞到容器裡面，然後啟動Redis的時候手動指定配置檔案。
• 建立容器的時候，在命令列中指定配置，我們知道Redis的配置檔案中可配置的東西很多，但如果我們只需要修改一兩個，那麼也可以在命令列中中進行設定。比如：docker run -d --name redis_master -p 6379:6379 redis --slaveof 127.0.0.1 6379 --masterauth 123456
• Redis的一個特點是可以在配置檔案中修改，重啟生效；也可以在命令列中修改，會立即生效，只不過重啟Redis的時候就沒有了。因此我們在啟動Redis進入控制檯之後，在控制檯中設定也是可以的。

而Redis開啟主從同步非常簡單，只需要在從節點的配置檔案中指定slaveof <master_ip> <master_port>即可，當然如果主節點設定的密碼，那麼從節點還需要指定masterauth <master的密碼>。

或者我們還有一種方式，我們將宿主機上的Redis配置檔案拷貝一下，得到三份配置檔案，分別監聽6379、6380、6381，然後指定不同的配置檔案分別啟動也是可以的，我們就用這種方式啟動吧。主要是docker啟動之後，三個容器的頁面上顯示的都是127.0.0.1:6379>，不好區分。

# 注意要將配置檔案中的daemonize設定為yes，否則不會後臺啟動，而是會卡主
redis-server ~/master/redis.conf
redis-server ~/slave1/redis.conf
redis-server ~/slave2/redis.conf

然後我們檢視程序：

我們看到此時啟動三個redis-server程序，然後通過redis-cli啟動控制檯顯然我們此時要開啟三個終端，進入控制檯之後可以通過通過info replication來檢視狀態。

# master節點
127.0.0.1:6379> info replication
# Replication
role:master  # 角色為master
connected_slaves:0
master_repl_offset:0
repl_backlog_active:0
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:0
repl_backlog_histlen:0
127.0.0.1:6379> 


# slave1節點
127.0.0.1:6380> info replication
# Replication
role:master  # 角色為master
connected_slaves:0
master_repl_offset:0
repl_backlog_active:0
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:0
repl_backlog_histlen:0
127.0.0.1:6380> 


# slave2節點
127.0.0.1:6381> info replication
# Replication
role:master  # 角色為master
connected_slaves:0
master_repl_offset:0
repl_backlog_active:0
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:0
repl_backlog_histlen:0
127.0.0.1:6381> 

我們看到此時的三個redis-server都是master，原因就在於我們沒有在配置檔案中指定slaveof，所以它們都是獨立的，之間沒有任何關係。下面我們來設定叢集：

# 我們先以6380、也就是slave1為例
127.0.0.1:6380> set name nana  # 設定一個key
OK
127.0.0.1:6380> get name  # 獲取key
"nana"
127.0.0.1:6380> slaveof 127.0.0.1 6379  # 將自身作為127.0.0.1 6379的子節點
OK
127.0.0.1:6380> info replication  # 檢視狀態
# Replication
role:slave  # 發現角色從master變成了slave
master_host:127.0.0.1  # master的ip
master_port:6379  # master的host
master_link_status:up  # master的狀態，如果master線上，那麼為up，否則是down
master_last_io_seconds_ago:8
master_sync_in_progress:0
slave_repl_offset:1
slave_priority:100
slave_read_only:1
connected_slaves:0
master_repl_offset:0
repl_backlog_active:0
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:0
repl_backlog_histlen:0
127.0.0.1:6380> 
127.0.0.1:6380> get name  # 此時再次獲取name，發現為nil？為什麼，我們之前不是設定name了嗎？原因下面分析
(nil)
127.0.0.1:6380> 

一旦執行了slaveof(由於slave這個單詞存在歧視，所以Redis中也可以使用replicaof，是等價的)，那麼這臺Redis主節點就變成了其它主節點的從節點，然後從節點上的資料會被清空，主節點將自身的資料副本同步給從節點。儘管6381這個節點設定了name這個key，但是當它執行了slaveof之後就變成了從節點，所以自身的資料就沒清空了，而主節點又沒有name這個key，所以最後get name的結果為nil。

然後將6381、也就是slave2也設定成從節點。

127.0.0.1:6381> role  # 除了info replication之外，還可以使用role來檢視，得到結果更精簡一些。
1) "master"  # 此時是master
2) (integer) 1161
3) (empty list or set)
127.0.0.1:6381> slaveof 127.0.0.1 6379  # 設定為從節點
OK
127.0.0.1:6381> role
1) "slave"  # 顯示變成了slave
2) "127.0.0.1"  # 主節點的ip
3) (integer) 6379  # 主節點的埠
4) "connected"  # 連線狀態，此時表示連線
5) (integer) 1189
127.0.0.1:6381> 

最後再來看看主節點master的狀態：

127.0.0.1:6379> role  # 檢視角色
1) "master"  # 顯示為master
2) (integer) 1329 
3) 1) 1) "127.0.0.1"  # 下面是兩位從節點的資訊
      2) "6380"
      3) "1329"
   2) 1) "127.0.0.1"
      2) "6381"
      3) "1329"
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> info replication  # 使用更詳細的命令檢視
# Replication
role:master  # 角色是master
connected_slaves:2  # 連線的從節點有兩個
slave0:ip=127.0.0.1,port=6380,state=online,offset=1329,lag=1  # 從節點的資訊
slave1:ip=127.0.0.1,port=6381,state=online,offset=1343,lag=0
master_repl_offset:1343
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:2
repl_backlog_histlen:1342
127.0.0.1:6379> 

主從同步是如何工作的

主從同步分為兩種：全量同步和增量同步。

全量同步

"從伺服器"傳送一個SYNC命令，不管它是第一次連線還是再次連線都無所謂，然後"主伺服器"會執行bgsave進行後臺儲存生成RDB檔案，並且開始快取新連線進來的修改資料的命令。當主伺服器完成後臺儲存後，主伺服器會把RDB檔案傳送給從伺服器，從伺服器將其儲存在磁碟上，然後載入到記憶體中。然後主伺服器會再把剛才快取的命令傳送到從伺服器，這是作為命令流來完成的，並且和Redis協議本身格式相同。

增量同步

在 Redis 2.8 之前每次從伺服器離線再重新上線之前，主伺服器會進行一次完整的資料同步，然後這種情況如果發生在離線時間比較短的情況下，只有少量的資料不同步卻要同步所有的資料是非常笨拙和不划算的，在 Redis 2.8 這個功能得到了優化。

Redis 2.8 的優化方法是當從伺服器離線之後，主伺服器會把離線之後的寫入命令，儲存在一個特定大小的佇列中，佇列是可以保證先進先出的執行順序的，當從伺服器重寫恢復上線之後，主服務會判斷離線這段時間內的命令是否還在佇列中，如果在就直接把佇列中的資料傳送給從伺服器，這樣就避免了完整同步的資源浪費。儲存離線命令的佇列大小預設是 1MB，使用者可以自行修改佇列大小的配置項 repl-backlog-size。

無盤資料同步

從前面的內容我們可以得知，在第一次主從連線的時候，會先產生一個 RDB 檔案，再把 RDB 檔案傳送給從伺服器，如果主伺服器是非固態硬碟的時候，系統的 I/O 操作是非常高的，為了緩解這個問題，Redis 2.8.18 新增了無盤複製功能，無盤複製功能不會在本地建立 RDB 檔案，而是會派生出一個子程序，然後由子程序通過 Socket 的方式，直接將 RDB 檔案寫入到從伺服器，這樣主伺服器就可以在不建立RDB檔案的情況下，完成與從伺服器的資料同步。要使用該功能，只需把配置項 repl-diskless-sync 的值設定為 yes 即可，它預設配置值為 no。

測試同步功能

我們在主機設定key，然後看看在從機上能不能獲取得到。

127.0.0.1:6380> get name
(nil)  # 顯然此時從機是沒有name這個key的
127.0.0.1:6380> 
127.0.0.1:6379> set name nana
OK     # 在主機中設定name
127.0.0.1:6379> 
127.0.0.1:6380> get name  # 在從機中進行獲取
"nana"
127.0.0.1:6380> # 同理我們在6381上獲取也是獲取的到的

我們知道一旦成為從機之後，自身的資料就會被情況，然後同步主機的資料，因為此時已經和指定的master建立聯絡了。

127.0.0.1:6380> slaveof 127.0.0.1 6379  # 如果繼續連線，會提示我們已經連線到指定的master了
OK Already connected to specified master
127.0.0.1:6380> 

但是問題來了， 如果我們在從機上寫資料，會不會同步到主機上面呢？

127.0.0.1:6380> set name mea
(error) READONLY You can't write against a read only slave.
127.0.0.1:6380> # 答案是根本不允許在從機上進行寫操作

一旦成為從機，那麼它就不能寫入資料了，只能老老實實地從主機備份資料。所以在預設情況下，處於複製模式的主伺服器(或者主機)既可以執行寫操作也可以執行讀操作，而從伺服器(或者從機)則只能執行讀操作。如果想讓從機也支援寫操作，那麼設定config set replica-read-only no即可，或者在配置檔案中修改，便可以使從伺服器也開啟寫操作，但是需要注意以下幾點：

• 在從伺服器上寫的資料不會同步到主伺服器；
• 當鍵值相同時主伺服器上的資料可以覆蓋從伺服器；
• 在進行完整資料同步時，從伺服器資料會被清空。

關閉主從同步

我們看到實現主從同步還是很簡單的，就是指定一個slaveof，可以在配置檔案中指定，可以在啟動時通過命令列的方式指定，還可以在進入控制檯的時候設定。當然如果主機設定了密碼，那麼從機也要指定masterauth，整體沒什麼難度。

那麼如何關閉主從同步呢？關閉主從同步有兩種方式：第一種是通過slave <other_master_ip> <other_master_port>，將該從節點指向其它的主節點，但是該機器依舊是master；另一種方式是通過slaveof no one，這種方式就是關閉主從同步，然後該機器也會有slave變成master。

127.0.0.1:6380> slaveof 127.0.0.1 6666  # 隨便指向一個節點
OK
127.0.0.1:6380> info replication
# Replication
role:slave  # 依舊是slave
master_host:127.0.0.1
master_port:6666
master_link_status:down  # 但是master不是up，而是down，因為6666是我們隨便指定的
master_last_io_seconds_ago:-1
master_sync_in_progress:0
slave_repl_offset:1
master_link_down_since_seconds:1595144745
slave_priority:100
slave_read_only:1
connected_slaves:0
master_repl_offset:0
repl_backlog_active:0
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:0
repl_backlog_histlen:0
127.0.0.1:6380> 
127.0.0.1:6381> slaveof no one  # 取消主從同步
OK
127.0.0.1:6381> role
1) "master"  # 此時變成了master
2) (integer) 4101
3) (empty list or set)
127.0.0.1:6381> 
127.0.0.1:6379> role  # 6379依舊是master，但是它的下面已經沒有slave了。
1) "master"
2) (integer) 4143
3) (empty list or set)
127.0.0.1:6379> 

小結

這一節我們介紹了主從同步，使用了叢集的方式，當然我們這裡只有一臺機器，算是偽叢集吧。不過它的操作方式和真正的叢集是一樣的，只需要設定好master的ip和port即可。

另外，由於我在演示叢集的時候使用的不是docker，而是宿主機的Redis，原因就是容器對應的控制檯顯示的全部是6379，而宿主機顯示的是6379、6380、6381，會更直觀一些，可以直接就知道模擬的是哪一個節點。而我當前機器的Redis版本不高，所以使用的命令是slaveof，但是在 Redis 5.0 之後複製命令被改為了 replicaof，所以在高版本（Redis 5+）中我們應該儘量使用 replicaof，因為 slaveof 命令可能會被隨時廢棄掉(目前的話slaveof還是支援的)。