搭建Redis“主-从-从”模式集群并使用 RedisTemplate 实现读写分离

一、理论相关

我们知道，Redis具有高可靠性，其含义包括：

• 数据尽量少丢失 - AOF 和 RDB
  
• 服务尽量少中断 - 增加副本冗余量，将一份数据同时保存在多个实例上，即主从库模式
  

Redis主从库模式 - 保证数据副本的一致（读写分离）：

• 读操作：主库、从库都可以接收
  
• 写操作：首先到主库执行，然后，主库将写操作同步给从库
  

采用读写分离的原因：

• 如果客户端对同一个数据进行多次修改，每一次的修改请求都发送到不同的实例上，在不同的实例上执行，那么这个数据在多个实例上的副本就不一致了
  
• 如果要对不同实例上的数据一致，就涉及到加锁、实例间协商是否完成修改等操作，会带来巨额的开销
  

这时我们就引出主从库同步的原理。
1、主从库间如何进行第一次同步？

当我们启动多个 Redis 实例的时候，它们相互之间就可以通过 replicaof（Redis 5.0 之前使用 slaveof）命令形成主库和从库的关系，之后会按照三个阶段完成数据的第一次同步。

• 主从库建立连接、协商同步，为全量复制做准备
  

1. replicaof 172.16.19.3 6379

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• 从库和主库建立连接，并告诉主库即将进行同步，主库确认回复后，主从库间开始同步
  

• 主库将所有数据同步给从库。从库收到数据后，在本地完成数据加载 - 依赖于内存快照生成的RDB文件
  

• 从库接收到RDB文件后，会先清空当前数据库 - 从库在通过replicaof命令开始和主库同步前，可能保存了其它数据
  
• 主库将数据同步给从库的过程中，主库不会被阻塞，仍然可以正常接收请求。为保证主从库的数据一致性，主库会在内存中用专门的 replication buffer，记录 RDB 文件生成后收到的所有写操作
  

• 主库把第二阶段执行过程中新收到的写命令，再发送给从库
  

• 所有的从库都是和主库连接，所有的全量复制都是和主库进行的。
  

2、主从级联模式分担全量复制时的主库压力

一次全量复制中，对于主库需要完成两个耗时操作：

• 生成RDB文件 - fork操作会阻塞主线程处理正常请求
  
• 传输RDB文件 - 占用主库网络带宽
  

至此，我们引出：“主 - 从 - 从”模式

• 分担主库压力
  
• 将主库生成RDB和传输RDB的压力，以级联的方式分散到从库上
  
• 部署主从集群时手动选择一个库（比如选择内存资源配置较高的从库），用于级联其它从库
  
• 在从库执行命令replicaof 所选从库IP 6379，建立主从关系
  

• 主从库间通过全量复制实现数据同步的过程，以及通过“主 - 从 - 从”模式分担主库压力
  
• 一旦主从库完成了全量复制，它们之间就会一直维护一个网络连接，主库会通过这个连接将后续陆续收到的命令操作再同步给从库，这个过程也称为基于长连接的命令传播，可以避免频繁建立连接的开销。
  
• 风险：网络断联或阻塞
  

3、主从库间网络断了怎么办？

在 Redis 2.8 之前，如果主从库在命令传播时出现了网络闪断，那么，从库就会和主库重新进行一次全量复制，开销非常大。
从 Redis 2.8 开始，网络断了之后，主从库会采用增量复制的方式继续同步。

• 为避免环形缓冲区造成的主从库不一致，可以调整repl_backlog_size参数
  
  
  
  • 缓冲空间大小 = 主库写入命令速度 * 操作大小 - 主从库间网络传输命令速度 * 操作大小
    
  • 在实际应用中，考虑到可能存在一些突发的请求压力，我们通常需要把这个缓冲空间扩大一倍，即 repl_backlog_size = 缓冲空间大小 * 2
    
  • 也可以采用切片集群来分担单个主库的请求压力
    
  
  

4、小结

• 全量复制
  
  
  
  • 一个Redis实例的数据库不要太大，一个实例大小在几GB级别比较合适，可以减少RDB文件生成、传输和重新加载的开销
    
  • 避免多个从库同时和主库进行全量复制，给主库过大同步压力 - “主-从-从”
    
  
  
• 基于长连接的命令传播
  
• 增量复制
  
  
  
  • 留意repl_backlog_size配置参数
    
  
  

二、实践

运行环境：虚拟机操作系统：centOS7，IP地址：192.168.88.130
已经安装好了 docker 和 docker-compose
采用Redis:7.4.0
至此，我们开始在虚拟机中搭建Redis“主-从-从”模式的主从库集群

• 我们先创建好目录：
  

1. [root@centos ~]# mkdir /root/docker/redis-cluster[root@centos ~]# cd /root/docker/redis-cluster[root@centos redis-cluster]# mkdir redis0[root@centos redis-cluster]# mkdir redis1[root@centos redis-cluster]# mkdir redis2[root@centos redis-cluster]# mkdir redis3[root@centos redis-cluster]# mkdir redis4

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我们将redis0作为主库
redis1和redis2作为从库I和从库II（slave），redis3和redis4作为从库II的两个从库（主-从-从模式）

• redis0
  

1. [root@centos redis-cluster]# mkdir redis0/data[root@centos redis-cluster]# vi redis0/redis.conf

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1. protected-mode nobind 0.0.0.0save 900 1save 300 10save 60 10000rdbcompression yesdbfilename dump.rdbdir /data# 关闭 aof 日志备份appendonly no# 自定义密码requirepass root# 启动端口port 6379# 换成自己的虚拟机的IPreplica-announce-ip 192.168.88.130

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• redis1
  

1. [root@centos redis-cluster]# mkdir redis1/data[root@centos redis-cluster]# vi redis1/redis.conf

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• replicaof [主节点ip] [主节点端口] ，该配置主要是让当前节点作为从节点，配置具体的主节点的地址和端口（Redis 5.0 之前使用 slaveof [主节点ip] [主节点端口]）
  
• masterauth [主节点的访问密码] ，该配置主要是在主节点设置密码的情况下，能够让从节点通过密码访问主节点
  

1. protected-mode nobind 0.0.0.0save 900 1save 300 10save 60 10000rdbcompression yesdbfilename dump.rdbdir /data# 关闭 aof 日志备份appendonly no# 启动端口port 6479# 将当前 redis 作为 redis0 的 slave# 由于 docker 使用 host 模式，使用的是宿主机的 ipreplicaof 192.168.88.130 6379# 自定义密码requirepass root# 访问 master 节点时需要提供的密码masterauth rootmasteruser redis0replica-announce-ip 192.168.88.130

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• redis2
  

1. [root@centos redis-cluster]# mkdir redis2/data[root@centos redis-cluster]# vi redis2/redis.conf

复制代码

1. protected-mode nobind 0.0.0.0save 900 1save 300 10save 60 10000rdbcompression yesdbfilename dump.rdbdir /data# 关闭 aof 日志备份appendonly no# 启动端口port 6579# 将当前 redis 作为 redis0 的 slave# 由于 docker 使用 host 模式，使用的是宿主机的 ipreplicaof 192.168.88.130 6379# 自定义密码requirepass root# 访问 master 节点时需要提供的密码masterauth rootreplica-announce-ip 192.168.88.130

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• redis3
  

1. [root@centos redis-cluster]# mkdir redis3/data[root@centos redis-cluster]# vi redis3/redis.conf

复制代码

1. protected-mode nobind 0.0.0.0save 900 1save 300 10save 60 10000rdbcompression yesdbfilename dump.rdbdir /data# 关闭 aof 日志备份appendonly no# 启动端口port 6679# 将当前 redis 作为 redis2 的 slave# 由于 docker 使用 host 模式，使用的是宿主机的 ipreplicaof 192.168.88.130 6579# 自定义密码requirepass root# 访问 master 节点时需要提供的密码masterauth rootreplica-announce-ip 192.168.88.130

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• redis4
  

1. [root@centos redis-cluster]# mkdir redis4/data[root@centos redis-cluster]# vi redis4/redis.conf

复制代码

1. protected-mode nobind 0.0.0.0save 900 1save 300 10save 60 10000rdbcompression yesdbfilename dump.rdbdir /data# 关闭 aof 日志备份appendonly no# 启动端口port 6779# 将当前 redis 作为 redis2 的 slave# 由于 docker 使用 host 模式，使用的是宿主机的 ipreplicaof 192.168.88.130 6579# 自定义密码requirepass root# 访问 master 节点时需要提供的密码masterauth rootreplica-announce-ip 192.168.88.130

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接下来，我们在目录redis-cluster下新建文件docker-compose.yml：

1. services:  redis0:    image: redis    container_name: redis0    restart: always    privileged: true    network_mode: "host"    volumes:      - /root/docker/redis-cluster/redis0/data:/data      - /root/docker/redis-cluster/redis0/redis.conf:/etc/redis.conf    command:      redis-server /etc/redis.conf  redis1:    image: redis    container_name: redis1    restart: always    privileged: true    network_mode: "host"    volumes:      - /root/docker/redis-cluster/redis1/data:/data      - /root/docker/redis-cluster/redis1/redis.conf:/etc/redis.conf    command:      redis-server /etc/redis.conf    depends_on:      - redis0  redis2:    image: redis    container_name: redis2    restart: always    privileged: true    network_mode: "host"    volumes:      - /root/docker/redis-cluster/redis2/data:/data      - /root/docker/redis-cluster/redis2/redis.conf:/etc/redis.conf    command:      redis-server /etc/redis.conf    depends_on:      - redis0  redis3:    image: redis    container_name: redis3    restart: always    privileged: true    network_mode: "host"    volumes:      - /root/docker/redis-cluster/redis3/data:/data      - /root/docker/redis-cluster/redis3/redis.conf:/etc/redis.conf    command:      redis-server /etc/redis.conf    depends_on:      - redis2  redis4:    image: redis    container_name: redis4    restart: always    privileged: true    network_mode: "host"    volumes:      - /root/docker/redis-cluster/redis4/data:/data      - /root/docker/redis-cluster/redis4/redis.conf:/etc/redis.conf    command:      redis-server /etc/redis.conf    depends_on:      - redis2

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1. [root@centos redis-cluster]# vi docker-compose.yml[root@centos redis-cluster]# docker-compose up -d

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部署完成后，我们使用RDM连接部署的所有redis：

测试是否连接成功：
redis0:

redis1:

redis2:

redis3、redis4同理。
测试五个主从库读写操作：
redis0：（可读可写）

redis1、redis2：（可读不可写）
并且我们发现，redis1和redis2进行了主从库同步操作，即使我们没有在redis1和redis2中写入name:Monica，但它们和redis0建立连接后，主库会将数据同步给从库

redis3、redis4作为redis2的从库，同理，包含redis2的所有数据。
从RDM中我们也可以直观地看出，我们只对主库进行了一次写操作，但其连接的所有从库（包括从库的从库）都包含了这个数据：

通过以上验证表明：redis 的“主-从-从”模式集群已经搭建成功。
三、RedisTemplate 操作 Redis 集群实现读写分离

1、新建项目

我们新建一个SpringBoot项目，项目结构如下：

• 引入依赖
  

1.     org.springframework.boot    spring-boot-starter-data-redis

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• 配置application.yml文件
  

1. spring:    data:        redis:            # 这里只需配置主节点的信息即可            # RedisTemplate可以从主节点信息中获取从节点信息            host: 192.168.88.130            port: 6379            password: root            jedis:                pool:                    # 最大连接数                    max-active: 10                    # 最大空闲连接数                    max-idle: 5                    # 最小空闲                    min-idle: 1                    # 连接超时时间（毫秒）                    max-wait: 8000

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• 对RedisTemplate进行配置
  

1. package com.chen.redisdemo.redisConfig;import io.lettuce.core.ReadFrom;import org.springframework.boot.autoconfigure.data.redis.LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer;import org.springframework.context.annotation.Bean;import org.springframework.context.annotation.Configuration;import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;/** * @version 1.0 * @Author feiye * @Date 2024-10-06 12:15 * @className RedisConfig * @since 1.0 */@Configurationpublic class RedisConfig {    //你可以将读取策略，设置为 ReadFrom.REPLICA 表示只从 slave 节点读取数据    //然后你把 slave 节点全部停掉，然后看看是否能够读取成功    @Bean    public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer redisClientConfig() {        //配置 redisTemplate 优先从 slave 节点读取数据，如果 slave 都宕机了，则从 master 读取        return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED);        //配置 redisTemplate 优先从 slave 节点读取数据，如果 slave 都宕机了，则抛出异常        //return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA);    }    @Bean    public RedisTemplate redisTemplate(RedisConnectionFactory connectionFactory) {        RedisTemplate redisTemplate = new RedisTemplate();        //默认的Key序列化器为：JdkSerializationRedisSerializer        redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());        redisTemplate.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());        redisTemplate.setConnectionFactory(connectionFactory);        redisTemplate.setEnableTransactionSupport(true);        return redisTemplate;    }}

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• 编写测试类
  

1. package com.chen.redisdemo;import org.junit.jupiter.api.Test;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;@SpringBootTestclass RedisDemoApplicationTests {    @Autowired    private RedisTemplate redisTemplate;    @Test    void writeTest() {        redisTemplate.opsForValue().set("name", "Ross");    }    @Test    void getTest() {        Object name = redisTemplate.opsForValue().get("name");        if (name != null) {            System.out.println(name.toString());        }    }}

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2、如何证明 RedisTemplate 是从 Slave 节点中获取数据的？

• 首先我们修改一下 RedisConfig 类中的配置，让 RedisTemplate 只从 Slave 节点读取数据，不从 master 节点读取数据。
  

1. @Beanpublic LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer redisClientConfig() {    //配置 redisTemplate 优先从 slave 节点读取数据，如果 slave 都宕机了，则抛出异常    return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA);}

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• 然后我们在 Linux 虚拟机上，执行以下命令，停掉所有 Slave 节点服务：
  

1. [root@centos redis-cluster]# docker-compose stop redis3[+] Stopping 1/1 ✔ Container redis3  Stopped                                                                                                                                                                                 0.3s [root@centos redis-cluster]# docker-compose stop redis4[+] Stopping 1/1 ✔ Container redis4  Stopped                                                                                                                                                                                 0.2s [root@centos redis-cluster]# docker-compose stop redis2[+] Stopping 1/1 ✔ Container redis2  Stopped                                                                                                                                                                                 0.2s [root@centos redis-cluster]# docker-compose stop redis1[+] Stopping 1/0 ✔ Container redis1  Stopped

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然后我们运行getTest()测试类，发现报错：

• 接下来，我们启动redis3或redis4中的任意一个：
  

我们发现，如果主节点和从节点全部宕机，只要启动其中一个从节点，主节点就会同时启动。

• 我们再次启动测试类getTest()：
  

此时已经可以读取了。说明 RedisTemplate 就是从 Slave 节点中读取数据的。
测试完毕。

个人问题记录：

在进行部署后发现主从库连接失败，详情如下：
redis0：

redis1：

通过docker logs redis0查看日志，排查错误后发现是端口6379被占用。因为在之前我部署过单机redis，使用了端口6379，但没有将其kill，导致端口被占用
本人采用最粗暴的方法就是直接把容器rm了^^
参考博文：
Redis 主从集群搭建并使用 RedisTemplate 实现读写分离
参考书籍：
《Redis核心技术与实战》

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