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Redis主从复制的原理是什么？

作者：程序员马丁

在线博客：https://open8gu.com

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回答话术​

当从节点初次连接到主节点，或者掉线重连后进度落后较多时会进行一次全量数据同步。此时，主节点会生成 RDB 快照并传输给从节点，在此期间，主节点接受到的增量命令将会先写入 replication_buffer 缓冲区，等到从节点加载完 RDB 快照的数据后，再将缓冲区的命令传输给从节点，以次完成初次同步。

当从节点掉线重连后，如果进度落后的不多，将会进行增量同步。主节点内部维护了一个环形的固定大小的 repl_backlog_buffer 缓冲区，它用于记录最近传播的命令。其中，主节点和从节点会分别在该缓冲区维护一个 offset ，用于表示自己的写进度和读进度。当从节点掉线重连后，将会检查主节点和从节点 offset 之差是否小于缓冲区大小，如果确实小于，说明从节点同步进度落后不多，则主节点将该缓冲区中的两 offset 之间的增量命令发送给从节点，完成增量同步。

当主从节点完成初次同步后，将会建立长连接进行命令传播。简单的来说，就是每当主节点执行一条命令，它就会写入 replication_buffer 缓冲区，随后再将缓冲区的命令通过节点间的长连接发送给对应的从节点。

问题详解​

1. 全量同步​

一般来说，当两个节点第一次建立主从关系的时候，一定会触发一次全量同步。整个过程大致分为四步：

  1. 从节点向主节点发送 psync 请求获取 runID 和 offset；
  2. 主节点返回自己的 runID 与该从节点的 offset；
  3. 主节点生成 RDB 文件，并传输给从节点，从节点加载文件后获取全量数据。
  4. 主节点确认从节点加载完 RDB 文件后，将这期间缓存的增量命令发送给从节点，从节点加载完毕后结束第一次同步。

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1.1. 获取 runID 与 offset​

当我们对一个 Redis 实例使用 replicaof 让指定从节点与主节点构成主从关系时，从节点将会根据你指定的 host 和端口号请求对应的服务实例，并向主节点发送 psync {runID} {offset} 请求。

其中，runID 是主节点启动时生成的标识 ID，而 offset 则表示当前从节点从主节点复制数据的偏移量，也就是复制进度。最开始的时候，由于是第一次同步，因此从节点并不知道主节点的 runID，因此 runID 为 ?，由于也还没有复制过数据，因此 offset 为 -1。

当主节点响应请求时，将会返回主节点自己的 runID 和当前从节点的复制进度 offset。并且因为是首次同步，因此主节点会返回 FULLRESYNC 响应，表示从节点需要进行全量同步。

1.2. 加载 RDB 数据​

在前文 Redis 的持久化部分，我们提到过，Redis 恢复数据或者进行主从同步的时候是通过 RDB 文件完成的，实际上指的就是全量同步。

在从节点接受了响应以后，主节点将会执行 bgsave 去生成一个 RDB 文件——这个流程与正常生成 RDB 文件一致——并发送给从节点，从节点接受后，由于是全量同步，因此会先清空自己的已有数据，然后再加载 RDB 文件中的数据。

此时，从节点已经同步过来了主节点的大部分数据，不过由于 RDB 实际上只是一个快照，因此在生成 RDB 文件期间主节点的增量数据实际上还没有被从节点获取。

关于 Redis 是如何生成 RDB 文件的，请参见：✅ Redis 的 RDB 是怎么实现的？

1.3. 获取增量数据​

在主节点生成 RDB 文件期间，由于 RDB 文件是通过子进程异步生成的，因此在这个过程中主节点仍然还在正常的处理请求，这部分的增量命令将会写入 replication buffer 缓冲区。

当从节点加载完 RDB 中的数据后，将会向主节点发送确认消息，此时主节点会再将缓冲区中的命令发送给从节点，从节点执行完这部分增量命令后，数据即与主节点基本一致，则全量同步完成。

不过，由于主从的更新已有延迟，因此无论如何数据是很难保证完全一致的，不过这就是后面命令的正常传播和增量同步的事情了。

2. 命令传播​

当主从之间根据 psync 请求完成第一次全量或增量同步后，就会保持长连接，此后，将会通过长连接进行命令传播。

在这个过程中，主节点将会在每次执行完一个命令后，分别写两个缓冲区：

  • replication_buffer：主从复制缓冲区，主节点每拥有一个从节点，就会有一个对应的缓冲区，要传播给从节点的命令会先写入该缓冲区，随后在通过长连接发送给从节点。
  • repl_backlog_buffer：最近传播命令缓冲区，一个主节点只有一个，用于记录主节点最近传播出去的命令，主节点和全部从节点都会分别在上面维护一个 offset，用于表示自己已经写入或读取的命令进度。

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这里 replication_buffer 实际上就是 IO 操作通常都会有的缓冲区，而 repl_backlog_buffer 则是为了解决从节点掉线重连后的增量同步问题。

3. 增量同步​

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repl_backlog_buffer 是主节点中一个比较特殊的缓冲区，和每个从节点都有一个 replication_buffer 不同，一个主节点只会有一个 repl_backlog_buffer 。

repl_backlog_buffer 是一个固定大小的“环形”区域，当主节点写入数据时，它会使用 master_offset 记录自己当前已经写到哪个字节，对应的，从节点也会有一个 slave_offset表示从节点已经读到的哪个字节。当主节点写的数据超过缓冲区大小后，它将会覆盖最早写过的内容。

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因此，当从节点要与主节点进行同步时，仅需要在 psync 请求时给出自己的 slave_offset 即可，主节点将计算其与 master_offset 的差值：

  • 如果差值大于 repl_backlog_buffer 的大小，说明两者数据已经差了很多，那么需要重新进行全量同步。
  • 如果查找小于 repl_backlog_buffer 的大小，说明数据差还在容许范围内，则主节点将返回 CONTINUE 响应，让从节点准备进行增量同步，并把 repl_backlog_buffer 中的差值部分写入 replication_buffer 并发送给从节点，让从节点把同步进度追上来。

简单的来说，如果从节点最后一次读取的命令可以在上面找到，那么说明从节点的数据没有落后太多，因此可以增量同步，否则就需要进行全量同步。

当主从链接断开后，从节点会重新发送 psync 请求向主节点要求同步数据，在 2.8 之前总是会使用全量同步，而在 2.8 及以后的版本，将会使用增量同步。

综上，我们不难意识到，如果你的网络不太稳定，那么最好把 repl_backlog_buffer 调大一些，这样可以尽可能的避免从节点掉线重连后需要频繁的进行全量同步。

4. 主动切换导致数据丢失​

当一个 Redis 节点作为从节点使用时，为了保证始终能够正确从主节点同步数据，因此它的 maxmemory 配置将不会生效。

这也就意味，当你的从节点的 maxmemory 小于主节点的 maxmemory 配置时，从节点可能会从主节点同步到超过其 maxmemory 配置的数据量。此时一旦发生主从切换，从节点就会意识到自己的使用内存已经超过最大内存了，因此会立刻开始进行内存淘汰。在这种情况下，节点可能会导致大量的数据丢失，并且在较长一段时间内处于不可用状态。

总而言之，当你使用主从时，记得要让主节点和从节点的配置始终保持一致，避免因为主从切换导致不可预料的后果。

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