20_Redis主从复制：构筑高可用与高性能基石

Redis 主从复制：构筑高可用与高性能基石

在数字化时代，互联网应用对系统可用性和性能提出了极高要求。Redis 作为一款广泛应用的内存数据库，其主从复制机制在提升系统可靠性、优化性能方面发挥着重要作用，被电商、社交、游戏等众多领域采用。

一、主从复制核心机制

1.1 复制原理

1.1.1 全量复制

当从节点首次连接主节点时，会触发全量复制。从节点启动并与主节点建立连接后，主节点执行bgsave命令生成 RDB 文件，此文件记录了主节点当时完整的内存数据。生成后，主节点将 RDB 文件发送给从节点。从节点接收文件后，清空自身原有数据，加载 RDB 文件数据，完成初步数据同步。在这期间，主节点缓存新接收的写命令。RDB 文件传输结束后，主节点将缓存的写命令发送给从节点，保证从节点数据与主节点一致。以电商库存管理系统为例，新加入的从节点通过全量复制获取主节点完整的库存数据，以便后续响应库存查询请求。

1.1.2 增量复制

完成全量复制后，主从节点进入日常数据同步阶段，增量复制开始发挥作用。主节点将写命令操作记录在复制积压缓冲区。从节点向主节点发送PSYNC命令请求同步数据，主节点根据从节点提供的偏移量，从复制积压缓冲区提取从节点缺失的写命令并发送过去。例如，电商促销活动期间商品库存数据频繁更新，主节点通过增量复制及时将更新同步到从节点，维持数据一致性。

1.2 工作流程

搭建 Redis 主从复制架构时，从节点使用replicaof（Redis 5.0 之前为slaveof）命令与主节点建立连接，这一过程分为三个阶段：

1.2.1 建立连接与同步协商

从节点向主节点发送PSYNC命令，该命令携带主节点的运行 ID（runID）和复制偏移量（offset）。初次复制时，从节点将 runID 设为?，offset 设为-1。主节点收到PSYNC命令后，返回FULLRESYNC响应，附上自身的 runID 和当前复制偏移量，告知从节点即将进行全量复制。

1.2.2 数据同步

主节点执行bgsave命令生成 RDB 文件，并发送给从节点。从节点接收 RDB 文件后，清空自身数据并加载文件数据。期间，主节点缓存新的写命令。

1.2.3 命令传播

主节点将数据同步阶段缓存的写命令发送给从节点，从节点执行这些命令，完成数据同步。此后，主节点通过长连接持续将新的写命令同步给从节点。若主从节点间网络短暂中断，Redis 2.8 及后续版本会依据复制积压缓冲区采用增量复制，实现断点续传，仅同步断连期间主节点接收的写命令。

二、主从复制配置与故障应对

2.1 节点配置

2.1.1 主节点配置

主节点配置较为简单，只需确保绑定正确的 IP 地址和端口。默认情况下，Redis 实例即为主节点。在redis.conf文件中，可通过bind ``0.0.0.0配置绑定 IP 地址。

2.1.2 从节点配置

在从节点的redis.conf文件中，使用replicaof（Redis 5.0 之前为slaveof）指令配置主节点的 IP 地址和端口，如replicaof <master_ip> <master_port>。为保障数据同步安全，还可通过masterauth指令配置主节点密码，即masterauth <master_password>。

2.2 故障切换

2.2.1 手动故障切换

当发现主节点故障时，可借助redis - cli工具手动将从节点切换为主节点。首先，连接到从节点，执行replicaof no one（Redis 5.0 之前为slaveof no one）命令，使从节点脱离主从关系，成为新的主节点，具体操作如下：

redis - cli -h \<slave\_ip> -p \<slave\_port>

127.0.0.1:6379> replicaof no one

随后，将其他从节点重新指向新的主节点：

redis - cli -h \<other\_slave\_ip> -p \<other\_slave\_port>

127.0.0.1:6380> replicaof \<new\_master\_ip> \<new\_master\_port>

2.2.2 自动故障切换

Redis Sentinel 是 Redis 官方提供的高可用解决方案，用于实现主节点自动故障切换。

配置 Sentinel 节点：在 Sentinel 配置文件sentinel.conf中，指定要监控的主节点信息，如sentinel monitor <master_name> <master_ip> <master_port> <quorum>，其中<master_name>为主节点名称，<master_ip>和<master_port>分别是主节点的 IP 地址和端口，<quorum>是判断主节点客观下线所需的 Sentinel 节点数。还可配置sentinel down-after-milliseconds <master_name> <milliseconds>指定主节点主观下线的超时时间，以及sentinel failover-timeout <master_name> <milliseconds>指定故障切换的超时时间。

启动 Sentinel 节点：使用命令redis - server sentinel.conf --sentinel启动 Sentinel 节点。部署多个 Sentinel 节点，形成 Sentinel 集群，可提升系统的可用性与稳定性。

三、Redis 高可用方案拓展

3.1 Redis Cluster 部署

3.1.1 准备节点

准备多个 Redis 实例，为每个实例创建独立的配置文件，配置不同的端口、数据目录等参数。以三个主节点和三个从节点为例，假设六个实例的端口分别为7000 - 7005。

3.1.2 启动节点

依次启动六个 Redis 实例：

redis - server /path/to/redis7000.conf

redis - server /path/to/redis7001.conf

\# 依次启动其他实例

3.1.3 创建集群

使用redis - cli --cluster命令创建 Redis Cluster：

redis - cli --cluster create --cluster-replicas 1 \<ip1>:7000 \<ip1>:7001 \<ip1>:7002 \<ip1>:7003 \<ip1>:7004 \<ip1>:7005

--cluster-replicas 1表示为每个主节点分配一个从节点。

3.2 Redis Sentinel 与 Redis Cluster 高可用方案对比

3.2.1 故障检测与转移机制

Redis Sentinel 由多个 Sentinel 节点组成集群，通过向 Redis 数据节点定期发送 PING 命令监控其状态。当某个 Sentinel 节点发现主节点在指定时间内未响应 PING 命令，会将其标记为主观下线。若多个 Sentinel 节点达成共识，即超过配置的 quorum 数量，主节点会被标记为客观下线。随后，Sentinel 会从从节点中选举一个新主节点，并通知其他从节点和客户端进行切换。例如在电商订单系统中，当主节点出现故障，Sentinel 能快速将从节点提升为主节点，维持系统正常运转。

Redis Cluster 各节点通过 Gossip 协议彼此交换状态信息，每个节点都会定期向其他节点发送 PING 消息，同时接收其他节点的 PONG 消息，以此来判断节点的存活状态。当某个主节点出现故障时，集群会自动将其负责的数据迁移到其他正常主节点。并且，从节点会通过投票机制完成向主节点的角色提升，确保集群在部分节点不可用时仍能提供服务，极大地保障了系统的整体可用性。

3.2.2 数据分布与扩展能力

Redis Sentinel 采用主从复制模式，主节点保存完整数据，从节点复制主节点数据。这种模式适用于读写分离场景，从节点可分担读压力，但在数据规模不断增大时，主节点的存储和处理能力可能成为瓶颈，扩展能力相对受限。

Redis Cluster 运用数据分片机制，将数据分散存储在多个主节点上，每个主节点负责部分数据的读写。集群使用 16384 个哈希槽来分配数据，通过公式 slot = CRC16 (key) / 16384 计算键所属的槽，每个节点负责维护一部分槽及对应的键值数据。该方案支持线性扩展，可动态添加或删除节点，应对海量数据和高并发场景的能力更强。

3.2.3 配置与管理复杂度

Redis Sentinel 配置相对简单，只需在 Sentinel 配置文件中指定要监控的主节点信息，如sentinel monitor <master_name> <master_ip> <master_port> <quorum>，并启动 Sentinel 节点即可。一套 Sentinel 集群可监控一组或多组 Redis 数据节点，管理较为便捷。

Redis Cluster 配置和管理更为复杂，需考虑数据分片、节点通信、故障转移等多方面因素。在搭建集群时，要准备多个 Redis 实例，配置不同的端口和数据目录，使用redis - cli --cluster命令创建集群，并合理分配主从节点。后续运维中，节点的添加、删除和数据迁移也需要谨慎操作。

3.2.4 适用场景

在互联网行业，Redis Sentinel 适用于中小型企业或对数据规模和并发要求相对较低的场景，能满足读写分离和高可用需求，且配置简单、易于维护。Redis Cluster 则更适合大型互联网公司，如电商、社交平台等面对庞大的数据量和高并发的场景。凭借强大的扩展性和高可用性，Redis Cluster 成为构建大规模缓存和数据存储系统的理想选择。

四、主从复制应用案例

4.1 电商订单系统实战

以电商订单系统为例，主节点负责处理订单的创建、修改和删除等写操作，多个从节点负责响应订单查询等读操作。当主节点出现故障时，Redis Sentinel 自动将从节点切换为主节点，确保订单系统正常运行。以下是使用 Go 语言实现的简单示例：

package main

import (

  "context"

  "fmt"

  "github.com/go-redis/redis/v8"

)

var ctx = context.Background()

func main() {

  // 连接主节点

  master := redis.NewClient(\&redis.Options{

      Addr:     "master:6379",

      Password: "",

      DB:       0,

  })

  // 连接从节点

  slave := redis.NewClient(\&redis.Options{

      Addr:     "slave:6380",

      Password: "",

      DB:       0,

  })

  // 创建订单

  err := master.Set(ctx, "order:1", "created", 0).Err()

  if err != nil {

      fmt.Println("创建订单失败:", err)

  }

  // 查询订单

  result, err := slave.Get(ctx, "order:1").Result()

  if err != nil {

      fmt.Println("查询订单失败:", err)

  } else {

      fmt.Println("订单状态:", result)

  }

}

Redis 主从复制为提升系统可用性和性能提供了有效手段。深入理解其原理、配置方法，并结合 Redis Cluster 等其他高可用方案，有助于构建稳定、高效的系统架构，满足业务发展的多样化需求。