Redis高并发高可用

1. 复制机制

在分布式系统中，为了解决单点问题，通常会将数据复制多个副本部署到其他机器，以满足故障恢复和负载均衡等需求。Redis提供了复制功能，实现了相同数据的多个Redis副本。复制功能是高可用Redis的基础，后面的哨兵和集群都是在复制的基础上实现高可用的。

默认情况下，Redis实例都是主节点。每个从节点只能有一个主节点，而主节点可以同时具有多个从节点。复制的数据流是单向的，只能由主节点复制到从节点。

2. 复制拓扑结构

Redis 的复制拓扑结构可以支持单层或多层复制关系，根据拓扑复杂性可以分为以下三种:一主一从、一主多从、树状主从结构。

1. 一主一从结构

   一主一从结构是最简单的复制拓扑结构，用于主节点出现宕机时从节点提供故障转移支持。

   

   当应用写命令并发量较高且需要持久化时，可以只在从节点上开启AOF，这样既保证数据安全性同时也避免了持久化对主节点的性能干扰。但需要注意的是，当主节点关闭持久化功能时，如果主节点脱机要避免自动重启操作。

   因为主节点之前没有开启持久化功能，自动重启后数据集为空，这时从节点如果继续复制主节点会导致从节点数据也被清空的情况，丧失了持久化的意义。安全的做法是在从节点上执行slaveof no one断开与主节点的复制关系，再重启主节点从而避免这一问题。

2. 一主多从结构

   一主多从结构(又称为星形拓扑结构)使得应用端可以利用多个从节点实现读写分离。

   

   对于读占比较大的场景，可以把读命令发送到从节点来分担主节点压力。同时在日常开发中如果需要执行一些比较耗时的读命令，如:keys、sort等，可以在从节点上执行，防止慢查询对主节点造成阻塞从而影响线上服务的稳定性。对于写并发量较高的场景，多个从节点会导致主节点写命令的多次发送，从而过度消耗网络带宽，同时也加重了主节点的负载，影响服务稳定性。

3. 树状主从结构

   树状主从结构(又称为树状拓扑结构)使得从节点不但可以复制主节点数据，同时可以作为其他从节点的主节点继续向下层复制。通过引入复制中间层，可以有效降低主节点负载和需要传送给从节点的数据量。

   

   数据写入节点A后会同步到B和C节点，B节点再把数据同步到D和E节点，实现一层一层的向下复制。当主节点需要挂载多个从节点时，为了避免对主节点的性能干扰，可以采用树状主从结构降低主节点压力。

3. 复制配置

建立复制

参与复制的Redis实例划分为主节点(master)和从节点(slave)。默认情况下，Redis实例都是主节点。每个从节点只能有一个主节点，而主节点可以同时具有多个从节点。复制的数据流是单向的，只能由主节点复制到从节点。

配置复制的方式有以下三种：

1. 在配置文件中加入slaveof {masterHost} {masterPort}随Redis启动生效。
2. 在redis-server启动命令后加入--slaveof {masterHost} {masterPort}生效。
3. 直接使用命令：slaveof {masterHost} {masterPort}生效。

综上所述，slaveof命令在使用时，可以运行期动态配置，也可以提前写到配置文件中。

比如：在机器上启动两台Redis实例，分别是6379和6380两个端口。

slaveof本身是异步命令，执行slaveof命令时，节点只保存主节点信息后返回，后续复制流程在节点内部异步执行。主从节点复制成功建立后，可以使用info replication命令查看复制相关状态。

断开复制

slaveof命令不但可以建立复制，还可以在从节点执行slaveof no one来断开与主节点的复制关系。例如在6881节点上执行slaveof no one来断开复制。

断开复制主要流程：

1. 断开与主节点复制关系。
2. 从节点晋升为主节点。

从节点断开复制后并不会抛弃原有数据，只是无法再获取主节点上的数据变化。

通过slaveof命令还可以实现切主操作，所谓切主是指把当前从节点对主节点的复制切换到另一个主节点。执行slaveof {newMasterIp} {newMasterPort}命令即可，例如把6881节点从原来的复制6880节点变为复制6879节点。

切主内部流程如下：

1. 断开与旧主节点复制关系。
2. 与新主节点建立复制关系。
3. 删除从节点当前所有数据。
4. 对新主节点进行复制操作。

只读

默认情况下，从节点使用slave-read-only=yes配置为只读模式。由于复制只能从主节点到从节点，对于从节点的任何修改主节点都无法感知，修改从节点会造成主从数据不一致。因此建议线上不要修改从节点的只读模式。

传输延迟

主从节点一般部署在不同机器上，复制时的网络延迟需要考虑。Redis提供了repl-disable-tcp-nodelay参数用于控制是否关闭TCP_NODELAY，默认关闭。说明如下：

当关闭时，主节点产生的命令数据无论大小都会及时地发送给从节点，这样主从之间延迟会变小，但增加了网络带宽的消耗。适用于主从之间网络环境良好的场景，如同机架或同机房部署。

当开启时，主节点会合并较小的TCP数据包从而节省带宽。默认发送时间间隔取决于Linux的内核，一般默认为40毫秒。这种配置节省了带宽但增大主从之间的延迟。适用于主从网络环境复杂或带宽紧张的场景，如跨机房部署。

总结

Redis的高并发高可用性主要通过其复制机制实现，支持多种复制拓扑结构和灵活的配置选项。复制流程确保数据在主从节点间的一致性，从而实现故障转移、读写分离和负载均衡。了解和配置Redis的复制机制，对于构建高可用的分布式系统至关重要。