本文主要介紹Redis集群中主從服務(wù)器復(fù)制功能的實(shí)現(xiàn)。

在Redis中臊恋，用戶可以通過(guò)執(zhí)行SLAVEOF命令或設(shè)置slaveof選項(xiàng)琅催，讓一個(gè)服務(wù)器去復(fù)制另一個(gè)服務(wù)器，稱被復(fù)制的服務(wù)器為主服務(wù)器（master）界逛，而對(duì)主服務(wù)器進(jìn)行復(fù)制的服務(wù)器稱為從服務(wù)器（slave）。

例如：

127.0.0.1:12345> SLAVEOF 127.0.0.1 6379
OK

則服務(wù)器127.0.0.1:12345就成為了127.0.0.1 6379的slave纺座，127.0.0.1 6379成為了127.0.0.1:12345的master息拜。

進(jìn)行復(fù)制中的主從服務(wù)器雙方的數(shù)據(jù)庫(kù)保存同樣的數(shù)據(jù)，概念上稱之為數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性净响。

I少欺、舊版復(fù)制功能的實(shí)現(xiàn)

Redis的復(fù)制功能分為同步（sync） 和命令傳播（command propagate）兩個(gè)操作：

· 同步操作用于將從服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)更新至主服務(wù)器當(dāng)前所處的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)。
· 命令傳播操作則用于主服務(wù)器的數(shù)據(jù)被修改后馋贤，讓主從服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)重新回到一致赞别。

1.1 同步

從服務(wù)器對(duì)主服務(wù)器的同步操作需要通過(guò)向主服務(wù)器發(fā)送SYNC命令來(lái)完成，以下是SYNC命令的執(zhí)行步驟：
1配乓、 從服務(wù)器向主服務(wù)器發(fā)送SYNC命令仿滔。
2、收到命令之后的主服務(wù)器執(zhí)行BDSAVE命令犹芹，在后臺(tái)生成一個(gè)RDB文件崎页，并使用一個(gè)緩沖區(qū)記錄從現(xiàn)在開(kāi)始執(zhí)行的所有寫(xiě)命令。
3腰埂、當(dāng)主服務(wù)器BGSAVE命令執(zhí)行完畢時(shí)飒焦，主服務(wù)器會(huì)將生成的RDB文件發(fā)送給從服務(wù)器，從服務(wù)器load這個(gè)RDB文件屿笼，將自己的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)更新至主服務(wù)器執(zhí)行BGSAVE命令時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)牺荠。
4翁巍、主服務(wù)器將記錄在緩沖區(qū)中的所有寫(xiě)命令發(fā)送給從服務(wù)器，從服務(wù)器執(zhí)行這些寫(xiě)命令志电，將自己的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)更新至主服務(wù)器當(dāng)前所處狀態(tài)。

下圖展示了這一過(guò)程：

下圖說(shuō)明了一個(gè)同步實(shí)例：

1.2 命令傳播

主服務(wù)器每次執(zhí)行寫(xiě)名列會(huì)同時(shí)將命令發(fā)送給從服務(wù)器執(zhí)行蛔趴，從而實(shí)現(xiàn)命令傳播挑辆，達(dá)到主從服務(wù)器的一致性。

II孝情、舊版復(fù)制功能的缺點(diǎn)

從服務(wù)器在除了在初次復(fù)制主服務(wù)器之外鱼蝉，還會(huì)在斷線后重復(fù)制是也進(jìn)行賦值操作。而剛剛介紹的舊版復(fù)制功能對(duì)于在斷線后重復(fù)制情況來(lái)說(shuō)箫荡，效率很低魁亦。

這是由于需要重寫(xiě)執(zhí)行SYNC操作引起的（一旦執(zhí)行就會(huì)發(fā)生RDB的復(fù)制等操作）。
如下圖所示：

而要解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵就在于上圖中紅圈位置的復(fù)制操作羔挡，我們應(yīng)該盡量不再重新使用SYNC命令洁奈，而采用其他方式。

III绞灼、新版復(fù)制功能的實(shí)現(xiàn)

在Redis2.8版本之后利术，采用了PSYNC命令的代替了SYNC同步操作。

PSYNC命令具有完整重同步和部分重同步兩種模式：

· 完整重同步與舊版本的SYNC命令一樣低矮。
· 部分重同步專門(mén)用于處理斷線后重復(fù)制的情況： 當(dāng)從服務(wù)器在斷線后重新連接主服務(wù)器時(shí)印叁，如果條件允許，主服務(wù)器可以將主從服務(wù)器連接斷開(kāi)期間執(zhí)行的寫(xiě)命令發(fā)送給從服務(wù)器军掂，從服務(wù)器只要接收并執(zhí)行這些寫(xiě)命令轮蜕，就可以將數(shù)據(jù)塊更新至最新?tīng)顟B(tài)。

下圖展示了相同情況下使用部分重同步的實(shí)例：

IV蝗锥、部分重同步的實(shí)現(xiàn)

部分重同步功能由以下三個(gè)部分構(gòu)成：
· 主服務(wù)器的復(fù)制偏移量和從服務(wù)器的復(fù)制偏移量跃洛；
· 主服務(wù)器的復(fù)制積壓緩沖區(qū)；
· 服務(wù)器的運(yùn)行ID终议。

4.1 復(fù)制偏移量

執(zhí)行復(fù)制的雙方都要維護(hù)一個(gè)復(fù)制偏移量：
· 主服務(wù)器每次向從服務(wù)器傳播N個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)税课，就將自己的復(fù)制偏移量+N；
· 從服務(wù)器每次收到主服務(wù)器傳播來(lái)的N個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)痊剖，就將自己的復(fù)制偏移量+N韩玩；

復(fù)制偏移量具有兩個(gè)作用：

· 通過(guò)對(duì)比主從服務(wù)器的復(fù)制偏移量，程序可以很容易的知道主從服務(wù)器的數(shù)據(jù)是否處于一致?tīng)顟B(tài)陆馁；
· 通過(guò)對(duì)比主從服務(wù)器的復(fù)制偏移量找颓，可以知道從服務(wù)器丟失了哪些數(shù)據(jù)，從而執(zhí)行部分重同步叮贩。

4.2 復(fù)制積壓緩沖區(qū)

復(fù)制積壓緩沖區(qū)是由主服務(wù)器維護(hù)的一個(gè)固定長(zhǎng)度的先進(jìn)先出隊(duì)列击狮。

當(dāng)服務(wù)器執(zhí)行命令傳播時(shí)佛析，不僅會(huì)將寫(xiě)命令傳播給從服務(wù)器，還會(huì)將寫(xiě)命令寫(xiě)入復(fù)制積壓緩沖區(qū)中：

當(dāng)從服務(wù)器重新連上主服務(wù)器時(shí)彪蓬，從服務(wù)器會(huì)通過(guò)PSYNC命令將自己的復(fù)制偏移量offset發(fā)送給主服務(wù)器寸莫，主服務(wù)器會(huì)根據(jù)這個(gè)復(fù)制偏移量來(lái)決定對(duì)從服務(wù)器執(zhí)行何種同步操作：
· 如果offset偏移量之后的數(shù)據(jù)仍然存在于復(fù)制積壓緩沖區(qū)中，則主服務(wù)器將對(duì)從服務(wù)器執(zhí)行部分重同步档冬；
· 如果offset偏移量之后的數(shù)據(jù)已經(jīng)不在復(fù)制積壓緩沖區(qū)中膘茎，主服務(wù)器會(huì)對(duì)從服務(wù)器執(zhí)行完整的重同步操作；

4.3 服務(wù)器運(yùn)行ID

每個(gè)Redis服務(wù)器酷誓，都會(huì)有自己的運(yùn)行ID披坏，實(shí)現(xiàn)部分重同步需要復(fù)制偏移量，復(fù)制積壓緩沖區(qū)盐数，運(yùn)行ID一起完成棒拂。

當(dāng)從服務(wù)器對(duì)主服務(wù)器進(jìn)行初次復(fù)制時(shí)，主服務(wù)器會(huì)將自己的運(yùn)行ID發(fā)送給從服務(wù)器玫氢，從服務(wù)器將主服務(wù)器的運(yùn)行ID保存起來(lái)帚屉。

當(dāng)從服務(wù)器斷線并重寫(xiě)連接上一個(gè)主服務(wù)器之后（這個(gè)主服務(wù)器可能已經(jīng)不是之前的主服務(wù)器，可以參見(jiàn)Redis中的sentinel）漾峡，從服務(wù)器向當(dāng)前連接的主服務(wù)器發(fā)送自己之前保存的運(yùn)行ID：
· 如果從服務(wù)器保存的運(yùn)行ID和當(dāng)前主服務(wù)器的運(yùn)行ID相同涮阔，則說(shuō)明從服務(wù)器斷線之前復(fù)制的就是當(dāng)前連接的這個(gè)主服務(wù)器，主服務(wù)器可以嘗試執(zhí)行部分重同步操作灰殴；
· 如果主服務(wù)器發(fā)現(xiàn)與自己的運(yùn)行ID不同敬特，則只能執(zhí)行完整重同步操作；

V牺陶、PSYNC命令的實(shí)現(xiàn)

PSYNC命令的調(diào)用方法有兩種：
1伟阔、 如果從服務(wù)器以前沒(méi)有復(fù)制過(guò)任何主服務(wù)器，或者之前執(zhí)行過(guò)SLAVEOF no one命令掰伸，則從服務(wù)器在開(kāi)始一次新的復(fù)制時(shí)將向主服務(wù)器發(fā)送PSYNC ? -1命令皱炉，主動(dòng)請(qǐng)求主服務(wù)器進(jìn)行完整重同步。

2狮鸭、 如果從服務(wù)器已經(jīng)復(fù)制過(guò)某個(gè)主服務(wù)器合搅，則從服務(wù)器在開(kāi)始一次新的復(fù)制時(shí)會(huì)向主服務(wù)器發(fā)送PSYNC <runid> <offset>命令，runid為上一次保存的主服務(wù)器運(yùn)行ID歧蕉，offset為從服務(wù)器維護(hù)的復(fù)制偏移量灾部。

主服務(wù)器根據(jù)接收到的PSYNC命令，會(huì)執(zhí)行下面的三種回復(fù)：
1惯退、 主服務(wù)器返回+FULLRESYNC <runid> <offset>回復(fù)赌髓，表示主服務(wù)器與從服務(wù)器執(zhí)行完整重同步，runid為主服務(wù)器自己的運(yùn)行ID，offset為主服務(wù)器自身的復(fù)制偏移量锁蠕，從服務(wù)器將用這個(gè)值初始化自己的偏移量夷野。
2、 主服務(wù)器回復(fù)+COUTINUE荣倾，表示主服務(wù)器將與從服務(wù)器執(zhí)行部分重同步悯搔，根據(jù)接收到的offset，已經(jīng)主服務(wù)器自己的復(fù)制積壓緩沖區(qū)來(lái)完成舌仍。
3妒貌、 主服務(wù)器回復(fù)-ERR，表示主服務(wù)器版本低于Redis2.8抡笼，無(wú)法識(shí)別PSYNC命令苏揣，之后從服務(wù)器將發(fā)送SYNC黄鳍，執(zhí)行低版本的完整重同步推姻。

下圖完整描述了這一過(guò)程：

VI、復(fù)制的實(shí)現(xiàn)

6.1 步驟1：設(shè)置主服務(wù)器的地址和端口

客戶端向從服務(wù)器發(fā)送：

127.0.0.1:12345> SLAVEOF 127.0.0.1 6379
OK

從服務(wù)器首先要做的是將客戶端給定的主服務(wù)器IP地址127.0.0.1以及端口6379保存到服務(wù)器狀態(tài)的masterhost和masterport屬性中：

struct redisServer {
    //主服務(wù)器地址
    char *masterhost;
    //端口
    int masterport;
};

6.2 步驟2： 建立套接字連接

從服務(wù)器根據(jù)命令的IP地址和端口框沟，創(chuàng)建向主服務(wù)器的套接字連接：

創(chuàng)建套接字成功藏古，則從服務(wù)器會(huì)專門(mén)為這個(gè)套接字關(guān)聯(lián)一個(gè)用于復(fù)制工作的文件事件處理器，負(fù)責(zé)執(zhí)行后續(xù)的復(fù)制工作忍燥。

主服務(wù)器在accept從服務(wù)器的套接字連接之后拧晕，將為該套接字創(chuàng)建相應(yīng)的客戶端狀態(tài)，并將從服務(wù)器看作是一個(gè)連接到主服務(wù)器的客戶端來(lái)對(duì)待梅垄，這時(shí)從服務(wù)器將同時(shí)具有服務(wù)器和客戶端兩個(gè)身份厂捞。
因?yàn)閺?fù)制工作接下來(lái)的幾個(gè)步驟都會(huì)以從服務(wù)器向主服務(wù)器發(fā)送命令請(qǐng)求的形式進(jìn)行，所以理解從服務(wù)器是主服務(wù)器的客戶端相當(dāng)重要队丝。

6.3 步驟3： 發(fā)送PING命令

從服務(wù)器成為主服務(wù)器的客戶端之后靡馁，向主服務(wù)器發(fā)送PING命令：

這個(gè)PING命令有兩個(gè)作用：
1、檢查套接字的讀寫(xiě)狀態(tài)是否正常机久；
2臭墨、檢查主服務(wù)器是否能正常處理請(qǐng)求。

而從服務(wù)器會(huì)根據(jù)主服務(wù)器的相應(yīng)回復(fù)狀態(tài)判斷下一步的動(dòng)作：
1膘盖、如果主服務(wù)器向從服務(wù)器回復(fù)一個(gè)命令胧弛，但從服務(wù)器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)法讀取出命令回復(fù)的內(nèi)容，則表示主從服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)不佳侠畔。
從服務(wù)器會(huì)斷開(kāi)并重新創(chuàng)建連向主服務(wù)器的套接字结缚；
2、如果主服務(wù)器返回了一個(gè)錯(cuò)誤软棺，表示主服務(wù)器暫時(shí)無(wú)法處理從服務(wù)器的命令請(qǐng)求掺冠，從服務(wù)器同樣斷開(kāi)并重新創(chuàng)建連向主服務(wù)器的套接字；
3、從服務(wù)器讀取到了PONG命令德崭，表示主從服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接正常斥黑，繼續(xù)執(zhí)行下面的任務(wù)。

6.4 步驟4： 身份驗(yàn)證

身份驗(yàn)證步驟可以通過(guò)下圖來(lái)說(shuō)明：

6.5 步驟5： 發(fā)送端口信息

在執(zhí)行完身份驗(yàn)證步驟之后眉厨，從服務(wù)器會(huì)向主服務(wù)器發(fā)送從服務(wù)器的監(jiān)聽(tīng)端口號(hào)（用于后續(xù)的命令傳播等操作）锌奴，主服務(wù)器將端口號(hào)記錄在從服務(wù)器所對(duì)應(yīng)的客戶端狀態(tài)中：

typedef struct redisClient {
    //從服務(wù)器的監(jiān)聽(tīng)端口號(hào)
    int slave_listening_port;

} redisClient;

6.6 步驟6： 同步

從服務(wù)器向主服務(wù)器發(fā)送PSYNC命令，執(zhí)行同步操作憾股，并將自己的數(shù)據(jù)庫(kù)更新至主服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前狀態(tài)鹿蜀。

在同步操作執(zhí)行之前，只有從服務(wù)器是主服務(wù)器的客戶端服球，但在執(zhí)行同步操作之后茴恰，主服務(wù)器也會(huì)成為從服務(wù)器的客戶端：
· 如果要執(zhí)行完整重同步操作，主服務(wù)器需要成為從服務(wù)器的客戶端斩熊，才能將保存在緩沖區(qū)中的寫(xiě)命令發(fā)送給從服務(wù)器執(zhí)行往枣；
· 如果執(zhí)行的部分重同步操作，主服務(wù)器需要成為從服務(wù)器客戶端粉渠，才能將復(fù)制積壓緩沖區(qū)的內(nèi)容發(fā)送給從服務(wù)器執(zhí)行分冈。

因此，在同步操作執(zhí)行之后霸株，主從服務(wù)器都是雙方的客戶端雕沉，它們可以互相向?qū)Ψ桨l(fā)送命令請(qǐng)求，或者互相向?qū)Ψ椒祷孛罨貜?fù)：

6.7 步驟7： 命令傳播

主服務(wù)器將自己的寫(xiě)命令發(fā)送給從服務(wù)器執(zhí)行去件，進(jìn)入命令傳播階段坡椒，這一操作的基礎(chǔ)也是主服務(wù)器時(shí)從服務(wù)器的客戶端。

VII尤溜、心跳檢測(cè)

在命令傳播階段倔叼，從服務(wù)器會(huì)以每秒一次的頻率向主服務(wù)器發(fā)送心跳檢測(cè)命令：
REPLCONF ACK <replication_offset>
replication_offset是從服務(wù)器當(dāng)前的復(fù)制偏移量。

REPLCONF ACK命令對(duì)主從服務(wù)器有三個(gè)作用：
· 檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)靴跛；
· 輔助實(shí)現(xiàn)min-slaves選項(xiàng)（min-slaves表示最小從服務(wù)器數(shù)量缀雳，可以防止主服務(wù)器在不安全的狀態(tài)執(zhí)行寫(xiě)命令，不安全的狀態(tài)指從服務(wù)器數(shù)量少于某個(gè)數(shù)值）梢睛；
· 檢測(cè)命令丟失（根據(jù)復(fù)制偏移量的對(duì)比）肥印；

【參考】
[1] 《Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》

歡迎轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處wenmingxing Redis之主從服務(wù)器的復(fù)制