那一天,我被Redis主从架构支配的恐惧

面试官:要不你来讲讲你最近在看的点呗?可以拉出来一起讨论下(今天我也不知道要问什么)

候选者:最近在看「Redis」相关的内容

面试官:嗯,我记得已经问过Redis的基础和持久化了

面试官要不你来讲讲你公司的Redis是什么架构的咯?

候选者:我前公司的Redis架构是「分片集群」,使用的是「Proxy」层来对Key进行分流到不同的Redis服务器上

候选者:支持动态扩容、故障恢复等等…

那一天,我被Redis主从架构支配的恐惧_第1张图片

面试官:那你来聊下Proxy层的架构和基本实现原理?

候选者:抱歉,这块由中间件团队负责,具体我也没仔细看过

候选者:…

面试官:….

候选者:不过,我可以给你讲讲现有常见开源的Redis架构(:

面试官:那只能这样了,好吧,你开始吧

候选者:那我从基础讲起吧?

候选者:在之前提到了Redis有持久化机制,即便Redis重启了,可以依靠RDB或者AOF文件对数据进行重新加载

候选者:但在这时,只有一台Redis服务器存储着所有的数据,此时如果Redis服务器「暂时」没办法修复了,那依赖Redis的服务就没了

候选者:所以,为了Redis「高可用」,现在基本都会给Redis做「备份」:多启一台Redis服务器,形成「主从架构」

候选者:「从服务器」的数据由「主服务器」复制过去,主从服务器的数据是一致的

候选者:如果主服务器挂了,那可以「手动」把「从服务器」升级为「主服务器」,缩短不可用时间

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面试官那「主服务器」是如何把自身的数据「复制」给「从服务器」的呢?

候选者:「复制」也叫「同步」,在Redis使用的是「PSYNC」命令进行同步,该命令有两种模型:完全重同步和部分重同步

候选者:可以简单理解为:如果是第一次「同步」,从服务器没有复制过任何的主服务器,或者从服务器要复制的主服务器跟上次复制的主服务器不一样,那就会采用「完全重同步」模式进行复制

候选者:如果只是由于网络中断,只是「短时间」断连,那就会采用「部分重同步」模式进行复制

候选者:(假如主从服务器的数据差距实在是过大了,还是会采用「完全重同步」模式进行复制)

那一天,我被Redis主从架构支配的恐惧_第3张图片

面试官那「同步」的原理过程可以稍微讲下嘛?

候选者:嗯,没问题的

候选者:主服务器要复制数据到从服务器,首先是建立Socket「连接」,这个过程会干一些信息校验啊、身份校验啊等事情

候选者:然后从服务器就会发「PSYNC」命令给主服务器,要求同步(这时会带「服务器ID」RUNID和「复制进度」offset参数,如果从服务器是新的,那就没有)

候选者:主服务器发现这是一个新的从服务器(因为参数没带上来),就会采用「完全重同步」模式,并把「服务器ID」(runId)和「复制进度」(offset)发给从服务器,从服务器就会记下这些信息。

面试官:嗯…

候选者:随后,主服务器会在后台生成RDB文件,通过前面建立好的连接发给从服务器

候选者:从服务器收到RDB文件后,首先把自己的数据清空,然后对RDB文件进行加载恢复

候选者:这个过程中,主服务器也没闲着(继续接收着客户端的请求)

面试官:嗯…

候选者:主服务器把生成RDB文件「之后修改的命令」会用「buffer」记录下来,等到从服务器加载完RDB之后,主服务器会把「buffer」记录下的命令都发给从服务器

候选者:这样一来,主从服务器就达到了数据一致性了(复制过程是异步的,所以数据是『最终一致性』)

面试官:嗯…

面试官那「部分重同步」的过程呢?

候选者:嗯,其实就是靠「offset」来进行部分重同步。每次主服务器传播命令的时候,都会把「offset」给到从服务器

候选者:主服务器和从服务器都会将「offset」保存起来(如果两边的offset存在差异,那么说明主从服务器数据未完全同步)

候选者:从服务器断连之后,就会发「PSYNC」命令给主服务器,同样也会带着RUNID和offset(重连之后,这些信息还是存在的)

面试官:嗯…

候选者:主服务器收到命令之后,看RUNID是否能对得上,对得上,说明这可能以前就复制过一部分了

候选者:接着检查该「offset」是否在主服务器记录的offset还存在

候选者:(这里解释下,因为主服务器记录offset使用的是一个环形buffer,如果该buffer满了,会覆盖以前的记录)

那一天,我被Redis主从架构支配的恐惧_第4张图片

候选者:如果找到了,那就把从缺失的一部分offer开始,把对应的修改命令发给从服务器

候选者:如果从环形buffer没找到,那只能使用「完全重同步」模式再次进行主从复制了

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面试官主从复制这块我了解了,那你说到现在,Redis主库如果挂了,你还是得「手动」将从库升级为主库啊

面试官你知道有什么办法能做到「自动」进行故障恢复吗?

候选者:必须的啊,接下来就到了「哨兵」登场了

面试官:开始你的表演吧。

候选者:「哨兵」干的事情主要就是:监控(监控主服务器的状态)、选主(主服务器挂了,在从服务器选出一个作为主服务器)、通知(故障发送消息给管理员)和配置(作为配置中心,提供当前主服务器的信息)

候选者:可以把「哨兵」当做是运行在「特殊」模式下的Redis服务器,为了「高可用」,哨兵也是集群架构的。

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候选者:首先它需要跟Redis主从服务器创建对应的连接(获取它们的信息)

候选者:每个哨兵不断地用ping命令看主服务器有没有下线,如果主服务器在「配置时间」内没有正常响应,那当前哨兵就「主观」认为该主服务器下线了

候选者:其他「哨兵」同样也会ping该主服务器,如果「足够多」(还是看配置)的哨兵认为该主服务器已经下线,那就认为「客观下线」,这时就要对主服务器执行故障转移操作。

面试官:嗯…

候选者:「哨兵」之间会选出一个「领头」,选出领头的规则也比较多,总的来说就是先到先得(哪个快,就选哪个)

候选者:由「领头哨兵」对已下线的主服务器进行故障转移

面试官:嗯…

候选者:首先要在「从服务器」上挑选出一个,来作为主服务器

候选者:(这里也挑选讲究,比如:从库的配置优先级、要判断哪个从服务器的复制offset最大、RunID大小、跟master断开连接的时长…)

候选者:然后,以前的从服务器都需要跟新的主服务器进行「主从复制」

候选者:已经下线的主服务器,再次重连的时候,需要让他成为新的主服务器的从服务器

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面试官嗯…我想问问,Redis在主从复制的和故障转移的过程中会导致数据丢失吗

候选者:显然是会的,从上面的「主从复制」流程来看,这个过程是异步的(在复制的过程中:主服务器会一直接收请求,然后把修改命令发给从服务器)

候选者:假如主服务器的命令还没发完给从服务器,自己就挂掉了。这时候想要让从服务器顶上主服务器,但从服务器的数据是不全的(:

候选者:还有另一种情况就是:有可能哨兵认为主服务器挂了,但真实是主服务器并没有挂( 网络抖动),而哨兵已经选举了一台从服务器当做是主服务器了,此时「客户端」还没反应过来,还继续写向旧主服务器写数据

候选者:等到旧主服务器重连的时候,已经被纳入到新主服务器的从服务器了…所以,那段时间里,客户端写进旧主服务器的数据就丢了

候选者:上面这两种情况(主从复制延迟&&脑裂),都可以通过配置来「尽可能」避免数据的丢失

候选者:(达到一定的阈值,直接禁止主服务器接收写请求,企图减少数据丢失的风险)

面试官要不再来聊聊Redis分片集群?

候选者:嗯…分片集群说白了就是往每个Redis服务器存储一部分数据,所有的Redis服务器数据加起来,才组成完整的数据(分布式)

候选者:要想组成分片集群,那就需要对不同的key进行「路由」(分片)

候选者:现在一般的路由方案有两种:「客户端路由」(SDK)和「服务端路由」(Proxy)

候选者:客户端路由的代表(Redis Cluster),服务端路由的代表(Codis)

面试官要不来详细讲讲它们的区别呗?

候选者:今天有点儿困了,要不下次呗?

本文总结

  • Redis实现高可用

    • AOF/RDB持久化机制
    • 主从架构(主服务器挂了,手动由从服务器顶上)
    • 引入哨兵机制自动故障转义
  • 主从复制原理

    • PSYNC命令两种模式:完全重同步、部分重同步
    • 完全重同步:主从服务器建立连接、主服务器生成RDB文件发给从服务器、主服务器不阻塞(相关修改命令记录至buffer)、将修改命令发给从服务器
    • 部分重同步:从服务器断线重连,发送RunId和offset给主服务器,主服务器判断offset和runId,将还未同步给从服务器的offset相关指令进行发送
  • 哨兵机制

    • 哨兵可以理解为特殊的Redis服务器,一般会组成哨兵集群
    • 哨兵主要工作是监控、告警、配置以及选主
    • 当主服务器发生故障时,会「选出」一台从服务器来顶上「客观下线」的服务器,由「领头哨兵」进行切换
  • 数据丢失

    • Redis的主从复制和故障转移阶段都有可能发生数据丢失问题(通过配置尽可能避免)

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