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Redis 高可用

• Redis的高可用机制有持久化、复制、哨兵和集群。其主要的作用和解决的问题分别是：
  • 持久化：持久化是最简单的高可用方法(有时甚至不被归为高可用的手段)，主要作用是数据备份，即将数据存储在硬盘，保证数据不会因进程退出而丢失。
  • 主从架构：主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和集群都是在复制基础上实现高可用的。复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。缺陷：故障恢复无法自动化；写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制。
  • 哨兵：哨兵实现了主从复制中故障的自动化恢复。缺陷：写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制。
  • 集群：通过集群，解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方案。

Redis 主从架构

• 单节点 Redis 的并发能力是有上限的，要进一步提高 Redis 的并发能力，就需要搭建主从集群，实现读写分离。
• 所有的从节点都从主节点进行数据同步，这样会导致主节点的同步处理压力过大而成为瓶颈。为了解决这个问题，redis还支持了从slave节点分发的能力，也就是从服务器也可以有自己的从服务器， 多个从服务器之间可以构成一个主从链。这样可以分摊主服务器压力。

全量同步

• 何时执行？
  • slave 节点第一次连接 master 节点时。
  • slave 节点断开时间太久，repl_baklog中的 offset 已经被覆盖时。
• master 如何判断 slave 是不是第一次来同步数据？
  • Replication ld：简称 replid，是数据集的标记，id 一致则说明是同一数据集。每一个master都有唯一的 replid，slave 则会继承 master 节点的 replid。
  • offset：偏移量，随着记录在 repl_baklog 中的数据增多而逐渐增大。slave 完成同步时也会记录当前同步的 offset。如果 slave 的 offset 小于 master 的 offset，说明 slave 数据落后于 master，需要更新。因此slave做数据同步，必须向master声明自己的replication Id 和 offset，master才可以判断到底需要同步哪些数据。
• 流程：
  1. slave 节点请求增量同步。
  2. master 节点判断 replid，发现不一致，拒绝增量同步。
  3. master 将完整内存数据生成 RDB，发送 RDB 到 slave。
  4. slave 先清空当前本地数据，加载 master 的 RDB。
  5. master 将 RDB 期间的命令记录在 repl_baklog，并持续将 log 中的命令发送给 slave。
  6. slave 执行接收到的命令，保持与 master 之间的同步。
     
• 主从服务器在完成第一次同步后，双方之间就会维护一个 TCP 连接，这个TCP连接是长连接。之后就会基于这个长连接进行命令传播。通过这种方式来保证第一次同步后的主从服务器的数据一致性。

增量同步

• 何时执行？
  • slave 节点断开又恢复，并且在 repl_baklog 中能找到 offset 时。
    
• repl_baklog 大小有上限，写满后会覆盖最早的数据。如果 slave 断开时间过久，导致尚未备份的数据被覆盖，则无法基于 log 做增量同步，只能再次全量同步。

主从复制存在的问题

• Redis 的主从模式重点在于解决整体的承压能力，利用从节点分担读取操作的压力。但是其在容错恢复等可靠性层面欠缺明显，不具备自动的故障转移与恢复能力

Redis 哨兵机制（Redis Sentinel）

• 为了支持自动的故障恢复能力，Redis在主从模式的基础上进行优化增强，提供了哨兵（Sentinel）架构模式。
• Redis的哨兵模式，就是在主从模式的基础上，额外部署若干独立的哨兵进程，通过哨兵进程去监视Redis主从节点的状态，一旦发现主节点宕机，则哨兵可以重新从剩余slave节点中推选一个新的节点并将其升级为master节点，以此保证整个系统功能可以正常使用。

哨兵负责三个任务：监控、选主、通知。

• 监控：Sentinel会不断检查您的master和slave是否按预期工作。
• 自动故障恢复：如果master故障，Sentinel会将一个slave提升为master。当故障实例恢复后也以新的master为主。
• 通知：Sentinel充当Redis客户端的服务发现来源，当集群发生故障转移时，会将最新信息推送给Redis的客户端。

服务状态监控

• Sentinel基于心跳机制监测服务状态，每隔1秒向集群的每个实例发送ping命令：
  • 主观下线：如果某sentinel节点发现某实例未在规定时间响应，则认为该实例主观下线。
  • 客观下线：若超过指定数量(quorum)的sentinel都认为该实例主观下线，则该实例客观下线。quorum值最好超过Sentinel实例数量的一半。
• 哨兵误判：主库实际没有下线，但是哨兵以为它下线了。误判产生原因：比如集群网络压力较大，出现网络拥塞，或者主库本身压力较大，导致主节点没有在规定时间内响应哨兵的 PING 命令。

选举新的master

• 一旦发现master故障，sentinel需要在salve中选择一个作为新的master，选择依据如下：
  • 首先判断每个slave节点与master节点断开时间长短，如果超过指定值（down-after-miliseconds*10），则会排除该slave节点。
  • 然后判断每个slave节点的slave-priority值，优先选择值小（优先级最高）的，如果是0则永不参与选举。
  • 如果slave-prority一样，则判断slave节点的offset值，优先选择值大（复制进度最大）的，越大说明数据越新。
  • 最后是判断slave节点的运行id大小，优先选择值小的。

通知

• 在选举出从节点为新主节点后后，哨兵向被选中的从节点发送 SLAVEOF no one 命令，让这个从节点解除从节点的身份，将其变为新主节点。
• sentinel给所有其它slave发送slaveof xxxxx 命令，让这些slave成为新master的从节点，开始从新的master上同步数据。
• 最后，sentinel将故障节点标记为slave，当故障节点恢复后只能自动成为新的master的slave节点。

哨兵缺陷

• 哨兵仍然没有解决写操作无法负载均衡、存储能力受到单机限制的问题。