在Redis中，用户可以通过执行SLAVEOF命令或者设置slavof选项，让一个服务器去复制另一个服务器，我们称呼被复制的服务器为主服务器(master)，而对主服务器进行复制的服务器则被称为从服务器(slave)。进行复制中的主从服务器双方的数据库将保存相同的数据，概念上将这种现象称作"数据库状态一致"。

旧版复制功能的实现

      Redis的负载功能分为同步和命令传播两个操作。

• 同步操作用于将从服务器的数据库状态更新至主服务器当前所处的数据库状态
• 命令传播操作则用于在主服务器的数据库状态被修改，导致从服务器的数据库状态出现不一致时，让主从服务器的数据库重新回到一致状态

同步

      当客户端向从服务器发送SLAVEOF命令，要求从服务器复制主服务器时，从服务器首先需要执行同步操作，也即是，将从服务器的数据库状态更新至主服务器当前所处的数据库状态。
      从服务器对主服务器的同步操作需要通过向主服务器发送SYNC命令来完成，以下是SYNC命令的执行步骤：

1. 从服务器向主服务器发送SYNC命令
2. 收到SYNC命令的主服务器执行BGSAVE命令，在后台生成一个RDB文件，并使用一个缓冲区记录从现在开始执行的所有写命令
3. 当主服务器的BGSAVE命令执行完毕时，主服务器会将BGSAVE命令生成的RDB文件发送给从服务器，从服务器接收并载入这个RDB文件，将自己的数据库状态更新至主服务器执行BGSAVE命令时的数据库状态。
4. 主服务器将记录在缓冲区里面的所有写命令发送给从服务器，从服务器执行这些写命令，将自己的数据库状态更新至主服务器数据库当前所处的状态

命令传播

      在同步操作执行完成之后，主从服务器两者的数据库将达到一致状态，但这种一致并不是一成不变的，每当主服务器执行客户端发送的写命令时，主服务器的数据库就有可能会被修改，并导致主从服务器状态不一致。
      为了让主从服务器再次回到一致状态，主从服务器需要对从服务器执行命令传播操作：主服务器会将自己执行的写命令，也即是造成主从服务器不一致的那条写命令，发送给从服务器执行，当从服务器执行了相同的写命令后，主从服务器再次回到一致状态。
      

旧版复制功能的缺陷

      在Redis中，从服务器对主服务器的复制可以分为以下两种情况：

• 初次复制：从服务器以前没有复制过任何主服务器，或者从服务器当前要复制的主服务器和上一次复制的主服务器不同。
• 断线后重复制：处于命令传播阶段的主从服务器因为网络原因而中断了复制，但从服务器通过自动重连接重新连上了主服务器，并继续复制主服务器。

      对于初次复制来说，旧版复制功能能够很好地完成任务，但对于断线后重复制来说，旧版复制功能虽然也能让主从服务器重新回到一致状态，但效率却非常低。

      注意红字部分。虽然再次发送SYNC命令可以让主从服务器重新回到一致状态，但如果我们仔细研究这个断线过程重复制过程，就会发现传送RDB文件这一步实际上并不是非做不可的：

• 主从服务器在时间T0至T10086中一直处于一致状态，这两个服务器保存的数据大部分都是相同的
• 从服务器向要将自己更新至主服务器当前所处的状态，真正需要的是主从服务器连接中断期间，主服务器新添加的k10087、k10088、k10089三个键的数据
• 可惜的是，旧版复制功能并没有利用以上列举的两点条件，而是继续让主服务器生成并向从服务器发送包含键k1至k10089的RDB文件，但实际上RDB文件包含的数据对于从服务器来说是不必要的

      为了让从服务器补足一小部分缺失的数据，却要让主从服务器重新执行一次SYNC命令，这种做法无疑是非常低效的。

新版复制功能的实现

      为了解决旧版复制功能在处理断线重复制情况时的低效问题，Redis从2.8开始，使用PSYNC命令代替SYNC命令来执行复制时的同步操作。
      PSYNC命令具有完整重同步(full resynchronization)和部分重同步(partial resynchronization)两种模式：

• 完整重同步用于处理初次复制情况：完整重同步的执行步骤和SYNC名利的执行步骤基本一样，它们都是通过让主服务器创建并发送RDB文件，以及向从服务器发送保存在缓冲区里面的写命令来进行同步
• 部分重同步则用于处理断线后重复制情况：当从服务器在断线后重新连接主服务器时，如果条件允许，主服务器可以将主从服务器连接断开期间执行的写命令发送给从服务器，从服务器只要接收并执行这些写命令，就可以将数据库更新至主服务器当前所处的状态。

      执行SYNC命令需要生成、传送和载入整个RDB文件，而部分重同步只需要将从服务器缺少的写命令发送给从服务器执行就可以了。

部分重同步的实现

      部分重同步功能由以下三个部分构成：

• 主服务器的复制偏移量和从服务器的复制偏移量
• 主服务器的复制积压缓冲区
• 服务器的运行ID

复制偏移量

      执行复制的双方——主服务器和从服务器会分别维护一个复制偏移量：

• 主服务器每次向从服务器传播N个字节的数据时，就将自己的复制偏移量的值加上N
• 从服务器每次收到主服务器传播来的N个字节的数据时，就将字节的复制偏移量的值加上N

      通过对比主从服务器的复制偏移量，程序可以很容易地知道主从服务器是否处于一致状态：

• 如果主从服务器处于一致状态，那么主从服务器两者的偏移量总是相同的
• 相反，如果主从服务器两者的偏移量并不相同，那么说明主从服务器并未处于一致状态

      如果从服务器A断线：

      对比发现从服务器A的偏移量和主服务器不一致，说明从服务器A和主服务器的数据不一致。如果从服务器A重新连接上了主服务器，从服务器A将向主服务器发送PSYNC命令，报告从服务器A当前的复制偏移量为10086，主服务器就需要进行补偿，怎么做呢？马上介绍

复制积压缓冲区

      复制积压缓冲区是由主服务器维护的一个固定长度先进先出队列，默认大小为1MB。
      当主服务器进行命令传播时，它不仅会将写命令发送给所有从服务器，还会将写命令入队到复制积压缓冲区中。

      主服务器的复制积压缓冲区里面会保存着一部分最近传播的写命令，并且复制积压缓冲区会为队列中的每个字节记录相应的复制偏移量。
      当从服务器重新连上主服务器时，从服务器会通过PSYNC命令将自己的复制偏移量offset发送给主服务器，主服务器会根据这个复制偏移量来决定对从服务器执行何种同步操作：

1. 如果offset偏移量之后的数据(即，偏移量offset+1开始的数据)仍然存在于复制积压缓冲区里面，那么主服务器将对从服务器执行部分重同步操作
2. 相反，如果offset偏移量之后的数据已经不存在于复制积压缓冲区，那么主服务器将对从服务器执行完整重同步操作

调整缓冲区大小

      Redis为复制积压缓冲区设置的默认大小为1MB，如果主服务器需要执行大量写命令，又或者主从服务器断线后重连接所需的时间比较长，那么这个大小也许并不合适。如果复制积压缓冲区的大小设置得不恰当，那么PSYNC命令的复制重同步模式就不能正常发挥作用，因此，正确估算和设置复制积压缓冲区的大小非常重要。
      复制积压缓冲区的最小大小可以根据公式second * write_size_per_second来估算：

• 其中second为从服务器断线后重新连接上主服务器所需的平均时间(以秒计算)
• 而write_size_per_second则是主服务器平均每秒产生的写命令数据量(协议格式的写命令的长度总和)

服务器运行ID

      处理复制偏移量和复制积压缓冲区之外，实现部分重同步还需要用到服务器运行ID：

• 每个Redis服务器，不论主服务器还是从服务器，都会有自己的运行ID
• 运行ID在服务器启动时自动生成，由40个随机的十六进制字符组成。

      当从服务器对主服务器进行初次复制时，主服务器会将自己的运行ID传送给从服务器，而从服务器则会将这个运行ID保存起来。当从服务器断线并重新连上一个主服务器时，从服务器将向当前连接的主服务器发送之前保存的运行ID：

• 如果从服务器保存的运行ID和当前连接的主服务器的运行ID相同，那么说明从服务器断线之前复制的就是当前连接的这个主服务器，主服务器可以继续尝试执行部分重同步操作
• 相反地，如果从服务器保存的运行ID和当前连接的主服务器的运行ID并不相同，那么说明从服务器断线之前复制的主服务器并不是当前连接的这个主服务器，主服务器将对从服务器执行完整重同步操作。

PSYNC命令的实现

      PSYNC命令的调用方法由两种：

• 如果从服务器以前没有复制过任何主服务器，或者之前执行过SLAVEOF no one命令，那么从服务器在开始一次新的复制时将向主服务器发送PSYNC ? -1命令，主动请求主服务器进行完整重同步(因为这时不可能执行部分重同步)。
• 相反地，如果从服务器已经复制过某个主服务器，那么从服务器在开始一次新的复制时将向主服务器发送PSYNC <runid> <offset>命令，其中runid是上一次复制的主服务器的运行ID，而offset则是从服务器当前的复制偏移量，接收到这个命令的主服务器会通过这两个参数来判断应该对从服务器执行哪种同步操作。

      根据情况，接收到PSYVC命令的主服务器会向从服务器返回以下三种回复的其中一种：

• 如果主服务器返回+FULLRESYNC <runid> <offset>回复，那么表示主服务器将与从服务器执行完整重同步操作：其中runid是这个主服务器的运行ID，从服务器会将这个ID保存起来，在下一次发送PSYVC命令时使用；而offset则是主服务器当前的复制偏移量，从服务器会将这个值作为自己的初始化偏移量。
• 如果主服务器返回+CONTINUE回复，那么表示主服务器将与从服务器执行部分重同步操作，从服务器只要等着主服务器将自己缺少的那部分数据发送过来就可以了。
• 如果主服务器返回-ERR回复，那么表示主服务器的版本低于Redis2.8，它识别不了PSYNC命令，从服务器将向主服务器发送SYVC命令，并与主服务器执行完整同步操作。
  

心跳检测

      在命令传播阶段，从服务器默认会以每秒一次的频率向主服务器发送命令：REPLCONF ACK <replication_offset>。其中replication_offset是从服务器当前的复制偏移量。发送REPLCONF ACK命令对于主从服务器有三个作用：

• 检测主从服务器的网络连接状态
• 辅助实现min-slaves选项
• 检测命令丢失

辅助实现min-slaves选项

      Redis的min-slaves-to-write和min-slaves-max-lag两个选项可以防止主服务器在不安全的情况下执行写命令。
      举个例子，如果我们向主服务器提供以下设置：

min-slaves-to-write 3
min-slaves-max-lag 10

      那么在从服务器的数量少于3个，或者三个从服务器的延迟（lag）值都大于或等于10秒时，主服务器将拒绝执行写命令，这里的延迟值就是上面提到的INFO replication命令的lag值。

检测命令丢失

      如果因为网络故障，主服务器传播给从服务器的写命令在半路丢失，那么当从服务器向主服务器发送REPLCONF ACK命令时，主服务器将发觉从服务器当前的复制偏移量少于自己的复制偏移量，然后主服务器就会根据从服务器提交的复制偏移量，在复制积压缓冲区里面找到从服务器缺少的数据，并将这些数据重新发送给从服务器。

重点回顾

• Redis2.8以前的复制功能不能高效地处理断线后重复制情况，但Redis2.8新添加的部分重同步功能可以解决这个问题。
• 部分重同步通过复制偏移量、复制积压缓冲区、服务器运行ID三个部分来实现。在复制操作刚开始的时候，从服务器会成为主服务器的客户端，并通过向主服务器发送命令请求来执行复制步骤，而在复制操作的后期，主从服务器会互相成为对方的客户端。
• 主服务器通过向从服务器传播命令来更新从服务器的状态，保持主从服务器一致，而从服务器则通过向主服务器发送命令来进行心跳检测，以及命令丢失检测。

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