一、前言
最近由於疫情影響，時間比較多，所以開始學習之前一直想學，但是卻沒時間學的Redis。這兩天研究了一下Redis的持久化以及主從復制機制，現在已經很晚了，就不多廢話了。這篇博客就來談一談Redis的主從復制機制。在這里需要提醒一下，主從復制依賴於Redis的快照持久化（RDB），所以如果不了解持久化，請先去研究那一塊的內容，可以看看這篇博客：詳細分析Redis的持久化操作—RDB與AOF。
二、正文
2.1 什么是主從復制
首先我們來談一談最基本的問題——什么是主從復制，為什么需要它？我們知道，現在的應用基本上都會使用集群進行部署，同一個應用部署在多台服務器上，各台服務器互相同步，各自承擔一部分任務，以此來減輕單台服務器的壓力。而主從復制就是Redis用來對存儲相同數據的多台服務器進行同步的機制。
假設我們只在一台服務器上部署了Redis服務器，那所有需要訪問Redis服務器的請求，都需要這一台服務器來處理，這對服務器來說有很大的壓力。如果訪問的很頻繁，那么一台服務器根本處理不過來，所以我們需要多台服務器同時部署Redis，然后每一台服務器承擔一部分任務。
如果我們部署了多台Redis服務器，存儲相同的數據，為同一個應用進行服務，那么不難想到，我們需要處理一個問題——數據同步。我們必須保證這多台服務器的Redis數據庫中，存儲的數據是一致的，而且都應該是正確的數據，否則將會導致對請求進行錯誤的處理，比如查詢出的是過期的數據，或者對已經過期的數據進行了修改。而主從復制，就是Redis對這多台服務器進行數據同步的機制。
在主從復制機制中，Redis將服務器分為主服務器和從服務器，主服務器負責接收用戶提交的修改指令，修改數據庫中的數據，同時將修改同步到從服務器中，而從服務器的任務就是與主服務器進行數據同步，並分擔本應該由主服務器執行的查詢請求，減小主服務器的壓力，除此之外，為了減輕主服務器的壓力，我們也可以關閉主服務器的持久化操作，而讓從服務器來進行持久化。
2.2 主從復制的實現過程
完整的主從復制包含以下兩步：
- 同步：將從服務器當前的狀態，更新為主服務器當前的狀態，也就是使用主服務器中存儲的數據，替換掉從服務器的數據；
- 命令傳播：主服務器執行每一次修改操作后，都需要告知從服務器，讓從服務器執行相同的操作，以保證一致性；
下面我就來分別分析一下這兩個過程的詳細實現。
2.3 同步的實現原理
從服務器與主服務器同步，需要使用到SYNC指令，詳細的執行流程如下：
- 從服務器連接到主服務器，並向主服務器發送
SYNC指令； - 主服務器接收到
SYNC指令后，開始執行BGSAVE指令（快照持久化），此時主服務器將調用fock()，創建一個子進程，子進程去生成Redis當前狀態的一個快照；在這個過程中，新到達主服務器的寫指令將會被記錄在緩沖區； - 主服務器執行完
BGSAVE后，將快照文件發送給從服務器，在發送的過程中，如果還有新的寫指令到達，也會繼續記錄在緩沖區；從服務器接收到主服務器發來的快照文件后，將丟棄自己內存中的數據，開始加載快照文件中記錄的數據，加載完成后，就可以處理接收到的請求了； - 主服務器在發送完快照文件后，開始將緩沖區中記錄的寫指令也同步到從服務器；從服務器接收到主服務器發來的指令，便依次執行這些指令，執行完后，就與主服務器的狀態一致了；
2.4 命令傳播的實現原理
為什么需要命令傳播？這個應該很好理解。經過上面的同步后，主服務器與從服務器存儲的數據就一致了，這之后，從服務器就可以分擔查詢操作，但是寫操作還是需要主服務器完成。所以，雖然當前主從服務器已經一致，但是主服務器如果執行了一次寫操作，而從服務器沒有執行，它們又將變成不一致的狀態。而命令傳播的實現原理很簡單：主服務器每次執行寫操作，都會將這個寫指令發送給從服務器，從服務器接收到后，也執行這個寫指令，這樣就能讓主服務器和從服務器持續的保持一致。
有人可能會想，為什么是將指令發送到從服務器，而不是重新執行一次同步操作呢？答案很簡單，因為上面的同步操作，需要很大的開銷。執行BGSAVE指令創建快照，需要創建一個子進程，同時生成一個文件，需要進行大量的磁盤IO，在數據量很大的情況下，可能會使主服務器產生數毫秒甚至是一秒的停頓。而向從服務器傳輸一個指令的開銷，要比上面的同步小得多。
2.5 部分重同步介紹
以上介紹的主從復制過程，是一個開銷非常大，而且比較耗時的操作（主要是同步過程耗時），於是從Redis2.8開始，提供了一種優化機制——部分重同步。我們考慮這樣一種情況，假設一台從服務器已經與主服務器完成了同步，進入了命令傳播階段，但是由於某些原因，主從服務器之間的網絡連接斷開了，從服務器在一段時間后，重新連接上了主服務器。按理來說，從服務器和主服務器斷開連接的這段時間，沒有同步對主服務器的寫操作，此時它們已經不一致了，那么從服務器需要重新執行一次主從復制，這又是一次非常耗時的操作。而Redis2.8之后，提供了一種優化機制，若在上面的情況發生時，如果滿足某些條件（具體條件之后敘述），可以不進行一次完整的主從復制，而是只同步斷開連接的這段時間里，沒有同步的操作，這就是部分重同步。
Redis2.8之后，提供了一個新的指令來實現部分重同步，這個指令就是PSYNC。從2.8開始，實現主從復制使用的就不是SYNC了，而是PSYNC，它可以算是SYNC的升級版本。PSYNC支持兩種模式：
- 完整重同步：如果
Redis判斷當前從服務器需要與主服務器重新進行一次完整的主從復制，則PSYNC指令將執行與SYNC指令完全一樣的操作，上面已經描述過了，這里就不重復敘述了； - 部分重同步：若從服務器與主服務器斷線重連后，滿足某些條件，則不進行完整重同步，而是只同步斷線過程中，沒有同步的部分；
2.6 部分重同步的實現原理
下面我們就來詳細分析一下，部分重同步是如何實現的。部分重同步需要依賴以下三個部分：
- 服務器的運行
id； - 主服務器的復制積壓緩沖區；
- 主從服務器的復制偏移量；
（1）服務器的運行 id
每一台服務器都會被分配一個運行id，用來標識服務器的身份。從服務器在與一台主服務器連接后，會記錄主服務器的id。從服務器與主服務器斷開后，可能會重新連接一台主服務器，但是並不一定就是原來的那一台。當從服務器連接到一台主服務器后，會向主服務器發送自己記錄的主服務器id，主服務器判斷這是不是自己，如果是，表明從服務器之前連接的就是自己，則有可能可以使用部分重同步機制，否則，將重新進行一次完整同步。
（2）主服務器的復制積壓緩沖區
首先，復制積壓緩沖區是一個固定長度，先進先出的隊列，默認 1MB。主服務器在接收到用戶發來的寫指令時，不僅僅會將寫指令發送給從服務器進行同步，同時還會將這個指令放入到復制積壓緩沖區中，目的是在從服務器沒有成功接收到的時候能夠重傳。復制緩沖區的結構大致如下：
可以看到，對於復制積壓緩沖區中的每一個字節，都有一個對應的偏移量。如果當前緩沖區已經滿了，但是又有新的指令需要放入其中，則會將最先放入其中的指令移除，騰出足夠空間后，將新指令放入（先入先出），所以，緩沖區中能夠存儲的指令是有限的。
（3）主從服務器的復制偏移量
主服務器和從服務器會分別維護自己的復制偏移量，主服務器每發送出一個字節，主服務器偏移量就+1，而從服務器每完成一個字節的同步，從服務器偏移量就+1。
什么情況下會觸發部分重同步呢？答案就是：若從服務器與主服務器斷開連接，並重新連接到同一個主服務器后，會將自己記錄的復制偏移量發送給主服務器，主服務器判斷這個偏移量之后的所有字節，是否還在復制緩沖區中，如果在，則表明可以進行部分重同步，將復制緩沖區中，這個偏移量之后的所有字節發送給從服務器；若不完全包含，則表明從服務器需要同步的數據，有一部分無法在緩沖區中找到，此時就需要進行一次完整同步。
2.7 配置從服務器
下面講一講如何將一台Redis服務器，配置為從服務器，有兩種方式：
（1）配置文件
可以在配置Redis的配置文件中，加入以下配置項：
slaveof 主服務器ip 主服務器端口
在配置文件中配置了上面這一行，則當前服務器就是一台從服務器，它啟動時，就會嘗試區連接上面上面這個配置項指定好的主服務器，並在連接成功后發送PSYNC指令，完成之前介紹的步驟。
（2）指令
第二種方式就是使用指令，在Redis服務器輸入下面這一行指令，當前服務器就會作為一個從服務器，嘗試連接主服務器，並進行主從復制：
127.0.0.1:6379> SLAVEOF 主服務器ip 主服務器端口
2.8 主從復制的安全性
在使用Redis 復制功能時的設置中，強烈建議在 主服務器 和 從服務器 中啟用持久化。當不可能啟用時，例如由於非常慢的磁盤性能而導致的延遲問題，應該配置實例來避免重置后自動重啟。
為了更好地理解為什么關閉了持久化並配置了自動重啟的 主服務器 是危險的，檢查以下故障模式，這些故障模式中數據會從 主服務器 和所有 從服務器 中被刪除：
- 我們設置節點
A為 主服務器 並關閉它的持久化設置，節點B和C從 節點A復制數據。 - 節點
A崩潰，但是他有一些自動重啟的系統可以重啟進程。但是由於持久化被關閉了，節點重啟后其數據集合為空。 - 節點
B和 節點C會從節點A復制數據，但是節點A的數據集是空的，因此復制的結果是它們會銷毀自身之前的數據副本。
當 Redis Sentinel 被用於高可用並且 主服務器 關閉持久化，這時如果允許自動重啟進程也是很危險的。例如， 主服務器 可以重啟的足夠快以致於 Sentinel 沒有探測到故障，因此上述的故障模式也會發生。任何時候數據安全性都是很重要的，所以如果 主服務器 使用復制功能的同時未配置持久化，那么自動重啟進程這項應該被禁用。
三、總結
以上就對Redis的主從復制做了一個比較詳細的描述，時間太晚了，就不說別的了，希望能夠為需要的人答疑解惑吧。