Redis主从复制那点事

​     我们在 Redis持久化机制你学会了吗？学习了AOF和RDB，如果Redis宕机，他们分别通过回放日志和重新读入RDB文件的方式恢复数据，从而提高可靠性。我们今天来想这么一个问题，假如我们只部署了一台Redis实例，如果这个实例宕机了，那么它在恢复期间，是无法提供数据存取请求的，这样就会使得服务中断。

Redis采用了增加副本的方式，将一份数据同时保存在多个实例上来避免这种情况发生的。即使有一个实例出现故障，在这个实例恢复期间，其它实例也能对外提供服务，不会影响业务的使用。那多个实例是如何保证数据的一致性呢？数据的读写操作可以发给所有的实例吗？实际上，Redis提供了主从模式，以保证数据副本的一致。主从库之间采用的是读写分离的方式。

对于读操作来说，主、从库都可以服务。但是对于写操作来说，首先是要到主库执行，然后，主库再将写操作同步给从库。

那为什么要采用读写分离呢？如果不管是主库还是从库都能接受客户端的写操作，它带来的直接问题就是：如果客户端对同一个key进行了2次修改操作，并且每次修改都分到不同的实例上，那么这2个实例上的副本就不一致了。而主从库模式一旦采用了读写分离，所有数据的修改只会在主库上进行。主库有了最新的数据后，会同步给从库，这样，主从库的数据就是一致的。

接下来我们来看一下主从同步是如何完成的？我们首先来看一下主从库之间的第一次同步是如何进行的。当我们启动多个redis实例时，它们之间的相互关系就可以通过replicaof命令的形式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。

replicaof  127.0.0.1  6379

第一阶段是主从库建立连接、协商同步的过程，主要是为了全量复制做准备。在这一步，从库和主库建立连接，并告诉主库即将进行数据同步，主库确认回复后，主库和从库之间就可以开始同步了。

具体来说，从库给主库发送psync命令，表示要进行数据同步，主库根据这个命令参数来启动复制。psync命令包含了主库的runID和复制进度offset两个参数。

• runID：每个Redis实例启动时会自动生成一个随机ID来唯一标识这个实例。当从库和主库第一次复制时，因为不知道主库的runID，所以复制为 ？

• offset：此时设置为-1，表示第一次复制。

主库收到psync命令后，会用FULLRESYNC响应命令带上两个参数：主库runID和主库目前的复制进度offset，返回给从库。从库收到响应后，会记录下这两个参数。这里有个地方需要注意，FULLRESYNC 响应表示第一次复制采用的是全量复制，也就是说，主库会把当前所有的数据都复制给从库。

第二阶段是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。这个过程依赖于内存快照生成的RDB文件。

具体来说，主库执行bgsave命令，生成RDB文件，接着将文件发给从库。从库收到RDB文件后，会清空当前的数据库，然后加载RDB文件。这是因为从库在通过执行replicaof命令开始和主库进行同步之前，有可能存储了

其他的数据。为了避免之前数据的影响，从库需要把当前数据库清空。在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。

否则，Redis 的服务就被中断了。但是，这些请求中的写操作并没有记录到刚刚生成的 RDB 文件中。为了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。

最后第三阶段，主库会把第二阶段执行过程中收到的命令再发送给从库。具体操作是，当主库完成RDB文件发送后，就会把此时replication buffer中记录的操作发送给从库，从库接下来再去执行这些操作。这样一来，主从库就实现同步了。

到这里，我们就了解了主从库间通过全量复制实现数据同步的过程了。一旦主从库完成了全量复制，他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收到的命令同步给从库，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。

但是，在主从传播命令的过程中，如果出现网络断开，那主从库之间就无法进行命令传播了，从库自然也就无法和主库保持一致了。接下来，我们就来聊一聊网络断开连接后该怎么办。

在网络断开连接后，Redis主从库会采用增量复制的方式继续同步。那么，增量复制时，主从库之间具体是怎么保证同步的呢？这里的奥妙就在repl_backlog_buffer这个环形缓存区。

主库除了会把接收到的写命令写入replication buffer发送给从库外，同时也会把这些操作命令也写入 repl_backlog_buffer 这个缓冲区。repl_backlog_buffer是一个环形缓冲区，主库会记录自己写到的位置，从库则会记录自己读到的位置。刚开始的时候，主库和从库的写位置在一起，这算是他们的起始位置。随着主库不断接收新的操作，它在缓冲区中的写位置会逐步偏离起始位置。我们通常用偏移量来衡量这个偏移距离的大小，对主库来说，对应的偏移量就是 master_repl_offset。主库接收的新写操作越多，这个值就会越大。同样，从库在复制完写操作命令后，它在缓冲区中的读位置也开始逐步偏移刚才的起始位置，此时，从库已复制的偏移量 slave_repl_offset 也在不断增加。正常情况下，这两个偏移量基本相等。

主从库的连接恢复之后，从库首先会给主库发送 psync 命令，并把自己当前的 slave_repl_offset 发给主库，主库会判断自己的 master_repl_offset 和 slave_repl_offset 之间的差距。在网络断连阶段，主库可能会收到新的写操作命令。所以，一般来说，master_repl_offset 会大于 slave_repl_offset。

此时，主库只用把 master_repl_offset 和 slave_repl_offset 之间的命令操作同步给从库就行。如上图所示，主库和从库之间差了b、c、d，增量复制时，主库只要把他们同步给从库就行了。

我们借助一张图来回顾一下增量复制。

需要注意的一点，因为repl_backlog_buffer是一个环形缓冲区，所以在缓冲区写满后，主库会继续写入，此时，就会覆盖掉之前写入的操作。如果从库的读取速度比较慢，就有可能导致从库还未读取的操作被主库新写的操作覆盖了，这会导致主从库间的数据不一致，从而进行全量复制了。

因此，我们要想办法避免这一情况，一般而言，我们可以调整repl_backlog_size这个参数来设置缓存区的大小。如果它配置得过小，在增量复制阶段，可能会导致从库的复制进度赶不上主库，进而导致从库重新进行全量复制。所以，通过调大这个参数，可以减少从库在网络断连时全量复制的风险。

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