關於Redis的主從複製

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SLAVEOF host:port 命令能夠將當前服務器去複製目標服務器，進行復制中的主從服務器的數據庫將保存相同的數據，概念上稱爲數據庫狀態一致

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舊版複製功能

同步(sync)

當從服務器發送SLAVEOF命令要求複製主服務器時，從服務器首先執行同步操做，即將從服務器的數據庫狀態更新至主服務器當前所處的數據庫狀態，具體步驟以下

1. 從服務器發送SYNC命令
2. 收到命令的主服務執行BGSAVE命令，在後臺生成RDB文件，並使用緩衝區記錄從如今執行BGSAVE以後執行的全部寫命令
3. 主服務器執行完BGSAVE以後，主服務器會將RDB文件發送給從服務器，從服務器接收並載入這個RDB文件
4. 主服務器將記錄在緩衝區的全部寫命令發送給從服務器，從服務器執行這些寫命令

命令傳播(command propagate)

同步操做完成後，主從服務器目前的數據庫狀態達到一致，但這種狀態不是一成不變的，每當主服務器執行客戶端發送的寫命令時，主從服務器的數據庫就再也不一致

因此爲了保持主從服務器的數據一致，主服務器須要對從服務器執行命令傳播：將寫命令發送給從服務器，當從服務也執行完後，主從服務器將再次回到一致狀態

缺陷

舊版複製功能的缺陷主要體如今從服務器斷線重連的處理

如上圖的狀況，從服務器在某一刻斷線，再此期間主服務器增長了k3，k4兩個鍵，按目前的實現邏輯，從服務器在以後重連後，依舊是再次發送SYNC命令進行同步（主服務器生成和發送RDB文件給從服務器載入）

但其實從服務器主須要斷線期間的k3，k4鍵便可，RDB文件中的其餘鍵信息對從服務器來講都是沒必要要的

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SYNC是一個很是耗資源的操做

1. 主服務器須要執行BGSAVE來生成RDB文件，這耗費CPU，內存和磁盤IO資源
2. 主服務器須要將RDB發送給從服務器，這耗費網絡帶寬
3. 從服務器加載RDB文件時會阻塞其餘命令的處理

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新版複製功能

PSYNC命令替代SYNC

爲了解決斷線重連後的重同步問題，Redis2.8之後使用了PSYNC代替SYNC進行同步操做，有如下兩種模式：

1. 完整重同步：用於初次複製，執行步驟與SYNC基本一致。 PSYNC ? -1
2. 部分重同步：用於斷線重連後的重複制，在條件容許的狀況下，只須要將斷開期間主服務器的寫命令發送給從服務器 。PSYNC runid offset

如下是執行部分重同步時的通訊過程

部分重同步的工做原理

部分重同步主要由三個部分組成

1. 主服務器的複製偏移量和從服務器的複製偏移量
2. 主服務器的複製積壓緩衝區
3. 服務器的運行ID

複製偏移量

每個服務器都會分別維護一個複製偏移量：

1. 主服務每次向從服務器傳播N個字節的數據（寫命令）時，就將本身的複製偏移量加N
2. 從服務每次收到主服務器傳播的N個字節的數據（寫命令）時，就將本身的複製偏移量加N

那麼經過對比主從服務器的複製偏移量就能夠知道

1. 它們目前的狀態是否一致
2. 它們之間缺失了多少數據

複製積壓緩衝區

經過複製偏移量能夠知道主從服務器之間缺失了多少數據，那麼缺失的數據是什麼？要去哪裏找回來呢？

這裏就用上了複製積壓緩衝區了

當主服務器進行命令傳播時，它不只將寫命令發送給全部從服務器，還會將寫命令放進一個固定長度的先進先出的隊列裏，這個隊列就是複製積壓緩衝區（默認大小是1MB）

當從服務器重連後，從服務器經過PSYNC命令將本身的複製偏移量發送給主服務器

1. 若是從服務器複製偏移量以後的數據還在複製積壓緩衝區中，那麼進行部分重同步的操做
2. 若是從服務器複製偏移量以後的數據不在複製積壓緩衝區中，那麼進行完整重同步的操做

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如何調整複製積壓緩衝區的大小

經過redis.conf中的repl-backlog-size進行調整

通常調整爲 2 * 斷線重連所需的平均秒數 * 主服務器每秒產生的寫命令數量

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服務器運行ID

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每一個Redis服務器都擁有本身的運行ID

運行ID由服務器啓動時生成，由40個隨機的十六進制字符組成

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初次複製時，從服務器會保存主服務器的運行ID

當從服務器斷線重連時，從服務器將這個運行ID發送給主服務器：

1. 若是與主服務器的運行ID相同，則說明斷線前複製的就是當前鏈接的主服務器，主服務器能夠根據條件嘗試進行部分重同步
2. 若是與主服務器的運行ID不一樣，則說明斷線前複製的不是當前鏈接的主服務器，主服務器將對從服務器進行完整重同步

PSYNC執行時可能趕上的狀況

從服務器執行SLAVEOF的完整過程

1. 設置主服務器的地址和端口
2. 與主服務器創建套接字鏈接
3. 發送PING命令
4. 身份驗證
5. 向主服務器發送從服務器端口信息 REPLCONF listening-port <port-number >
6. 同步
7. 命令傳播

心跳檢測

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在命令傳播階段，從服務器默認一秒一次的速率，向主服務器發送指令

REPLCONF ACK <replication_offset>

其中replication_offset時從服務器當前的複製偏移量

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發送REPLCONF ACK命令主要由三個做用：

1. 檢測主從服務器的鏈接狀態
2. 輔助實現min-slaves配置選項
3. 檢測命令丟失

參考

1. Redis設計與實現