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深度剖析 Redis 主从架构原理

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深度剖析 Redis 主从架构原理
本文通过 Redis 缓存的主从架构,详细讲解其核心原理、拓扑结构及数据同步机制,帮助读者掌握主从架构的高可用性设计逻辑。
1. 为什么需要主从架构
单点架构存在以下问题:
- 单点故障:故障会导致服务不可用,可能引发服务中断或雪崩。
- 可用性问题:没有备份节点,无法快速转移服务,恢复时间较长。
- 数据丢失风险:故障可能导致数据恢复过程耗时且存在丢失风险。
主从架构通过设置多个从节点实现数据复制和故障转移,显著提高系统的稳定性和容错能力。
2. 主从架构原理
主从架构实现多副本数据复制,主节点故障时从节点可快速接管服务。此架构不仅增强了服务的持续可用性,还能提高系统并发能力。
3. 主从架构拓扑图
Redis 主从架构主要包括以下三种拓扑结构:
- 单主单从结构:一个主节点和一个从节点,主节点可读写,从节点只读。
- 单主多从结构:一个主节点和多个从节点,分担读请求压力。
- 树状主从结构:主节点和多个从节点,其中某从节点作为中间层,减少主节点负载。
4. 主从数据同步原理
4.1 全量同步
首次主从连接时进行全量同步,主节点将所有数据拷贝至从节点。同步依据包括:
- Replication Id (replid):标记数据集,主从 replid 不一致时触发全量同步。
- Offset:记录同步时的偏移量,判断从节点数据是否落后。
完整流程包括:
- 从节点请求增量同步。
- 主节点判断 replid 不一致,拒绝增量同步并生成 RDB。
- 主节点发送 RDB 至从节点,从节点清空数据后加载 RDB。
- 主节点将 RDB 期间的命令记录至 repl_backlog 并持续同步命令至从节点。
4.2 增量同步
增量同步用于更新主从数据差异部分,避免高成本的全量同步。主节点通过 repl_backlog 文件记录命令日志及偏移量,计算差异数据进行同步。
5. repl_backlog 原理
repl_backlog 是一个环形数组,用于记录主节点的操作日志。若从节点同步速度过慢,导致未同步数据被覆盖,则需进行全量同步。数组大小有限,需注意从节点的网络状况以避免数据丢失。
总结:Redis 主从架构通过数据复制和故障转移显著提高了系统的可用性、稳定性及并发能力。对于高可用缓存系统设计,主从架构是一种非常重要的技术方案。
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