深入剖析Redis复制

数据同步

Redis在2.8及以上版本使用psync命令完成主从数据同步，同步过程分为：全量复制和部分复制。

全量复制：一般用于初次复制场景，Redis早期支持的复制功能只有全量复制，它会把主节点全部数据一次性发送给从节点，当数据量较大时，会对主从节点和网络造成很大的开销。

部分复制：用于处理在主从复制中因网络闪断等原因造成的数据丢失场景，当从节点再次连上主节点后，如果条件允许，主节点会补发丢失数据给从节点。因为补发的数据远远小于全量数据，可以有效避免全量复制的过高开销。部分复制是对老版复制的重大优化，有效避免了不必要的全量复制操作。因此当使用复制功能时，尽量采用2.8以上版本的Redis

psync命令运行需要以下组件支持:

主从节点各自复制偏移量

主节点复制积压缓冲区

主节点运行id

复制偏移量

参与复制的主从节点都会维护自身复制偏移量。

主节点（master）在处理完写入命令后，会把命令的字节长度做累加记录，统计信息在info relication中的 master_repl_offset 指标中.

从节点（slave）每秒钟上报自身的复制偏移量给主节点，因此主节点也会保存从节点的复制偏移量,从节点在接收到主节点发送的命令后，也会
4000
累加记录自身的偏移量。统计信息在info relication中的slave_repl_offset指标中



作用：通过对比主从节点的复制偏移量，可以判断主从节点数据是否一致。可以通过主节点的统计信息，计算出master_repl_offset-slave_offset字节量，判断主从节点复制相差的数据量，根据这个差值判定当前复制的健康度。如果主从之间复制偏移量相差较大，则可能是网络延迟或命令阻塞等原因引起

复制积压缓冲区

复制积压缓冲区是保存在主节点上的一个固定长度的队列，默认大小为1MB，当主节点有连接的从节点（slave）时被创建，这时主节点（master）响应写命令时，不但会把命令发送给从节点，还会写入复制积压缓冲区



由于缓冲区本质上是先进先出的定长队列，所以能实现保存最近已复制数据的功能，用于部分复制和复制命令丢失的数据补救。复制缓冲区相关统计信息保存在主节点的info replication中。



根据统计指标，可算出复制积压缓冲区内的可用偏移量范围

主节点运行ID

每个Redis节点启动后都会动态分配一个40位的十六进制字符串作为运行ID。运行ID的主要作用是用来唯一识别Redis节点，比如从节点保存主节点的运行ID识别自己正在复制的是哪个主节点。如果只使用ip+port的方式识别主节点，那么主节点重启变更了整体数据集（如替换RDB/AOF文件），从节点再基于偏移量复制数据将是不安全的，因此当运行ID变化后从节点将做全量复制。可以运行info server命令查看当前节点的运行ID

psync命令

从节点使用psync命令完成部分复制和全量复制功能，命令格式： psync {runId} {offset} ，参数含义如下： runId：从节点所复制主节点的运行id。 offset：当前从节点已复制的数据偏移量。



从节点（slave）发送psync命令给主节点，参数runId是当前从节点保存的主节点运行ID，如果没有则默认值为 ?，参数offset是当前从节点保存的复制偏移量，如果是第一次参与复制则默认值为
-1

主节点（master）根据psync参数和自身数据情况决定响应结果, 1）如果回复+FULLRESYNC{runId}{offset}，那么从节点将触发全量复制.
2）如果回复+CONTINUE，从节将触发部分复制流程. 3）如果回复+ERR，说明主节点版本低于Redis2.8，无法识别psync命令，从节点将发送旧版的sync命令触发全量复制流程。

全量复制

全量复制是Redis最早支持的复制方式，也是主从第一次建立复制时必须经历的阶段。全量复制的流程如下:



发送psync命令进行数据同步，由于是第一次进行复制，从节点没有复制偏移量和主节点的运行ID，所以发送psync ? -1

主节点根据psync ? -1 解析出当前为全量复制，回复+FULLRESYNC响应

从节点接收主节点的响应数据，保存运行ID和偏移量offset

主节点执行bgsave保存RDB文件到本地

主节点发送RDB文件给从节点，从节点把接收的RDB文件保存在本地并直接作为从节点的数据文件

需要注意，对于数据量较大的主节点，比如生成的RDB文件超过6GB以上时要格外小心。传输文件这一步操作非常耗时，速度取决于主从节点之间网络带宽，通过细致分析Full resync和MASTER<->SLAVE这两行日志的时间差，可以算出RDB文件从创建到传输完毕消耗的总时间。如果总时间超过repl-timeout所配置的值（默认60秒），从节点将放弃接受RDB文件并清理已经下载的临时文件，导致全量复制失败。针对数据量较大的节点，建议调大repl-timeout参数防止出现全量同步数据超时。例如对于千兆网卡的机器，网卡带宽理论峰值大约每秒传输100MB，在不考虑其他进程消耗带宽的情况下，6GB的RDB文件至少需要60秒传输时间，默认配置下，极易出现主从数据同步超时。关于无盘复制：为了降低主节点磁盘开销，Redis支持无盘复制，生成的RDB文件不保存到硬盘而是直接通过网络发送给从节点，通过repl-diskless-sync参数控制，默认关闭。无盘复制适用于主节点所在机器磁盘性能较差但网络带宽较充裕的场景

于从节点开始接收RDB快照到接收完成期间，主节点仍然响应读写命令，因此主节点会把这期间写命令数据保存在复制客户端缓冲区内，当从节点加载完RDB文件后，主节点再把缓冲区内的数据发送给从节点，保证主从之间数据一致性。如果主节点创建和传输RDB的时间过长，对于高流量写入场景非常容易造成主节点复制客户端缓冲区溢出。默认配置为client-output-buffer-limit slave 256MB 64MB 60，如果60秒内缓冲区消耗持续大于64MB或者直接超过256MB时，主节点将直接关闭复制客户端连接，造成全量同步失败。因此，运维人员需要根据主节点数据量和写命令并发量调整client-output-buffer-limit
slave配置，避免全量复制期间客户端缓冲区溢出。对于主节点，当发送完所有的数据后就认为全量复制完成，打印成功日志：Synchronization with slave127.0.0.1：6380 succeeded，但是对于从节点全量复制依然没有完成，还有后续步骤需要处理

从节点接收完主节点传送来的全部数据后会清空自身旧数据，执行flash old data

从节点清空数据后开始加载RDB文件，对于较大的RDB文件，这一步操作依然比较耗时，可以通过计算日志之间的时间差来判断加载RDB的总耗时。对于线上做读写分离的场景，从节点也负责响应读命令。如果此时从节点正出于全量复制阶段或者复制中断，那么从节点在响应读命令可能拿到过期或错误的数据。对于这种场景，Redis复制提供了slave-serve-stale-data参数，默认开启状态。如果开启则从节点依然响应所有命令。对于无法容忍不一致的应用场景可以设置no来关闭命令执行，此时从节点除了info和slaveof命令之外所有的命令只返回“SYNC
with master in progress”信息

从节点成功加载完RDB后，如果当前节点开启了AOF持久化功能，它会立刻做bgrewriteaof操作，为了保证全量复制后AOF持久化文件立刻可用

部分复制

部分复制主要是Redis针对全量复制的过高开销做出的一种优化措施，使用psync{runId}{offset}命令实现。当从节点（slave）正在复制主节点（master）时，如果出现网络闪断或者命令丢失等异常情况时，从节点会向主节点要求补发丢失的命令数据，如果主节点的复制积压缓冲区内存在这部分数据则直接发送给从节点，这样就可以保持主从节点复制的一致性。补发的这部分数据一般远远小于全量数据，所以开销很小。



当主从节点之间网络出现中断时，如果超过repl-timeout时间，主节点会认为从节点故障并中断复制连接

主从连接中断期间主节点依然响应命令，但因复制连接中断命令无法发送给从节点，不过主节点内部存在的复制积压缓冲区，依然可以保存最近一段时间的写命令数据，默认最大缓存1MB

当主从节点网络恢复后，从节点会再次连上主节点

当主从连接恢复后，由于从节点之前保存了自身已复制的偏移量和主节点的运行ID。因此会把它们当作psync参数发送给主节点，要求进行部分复制操作

主节点接到psync命令后首先核对参数runId是否与自身一致，如果一致，说明之前复制的是当前主节点；之后根据参数offset在自身复制积压缓冲区查找，如果偏移量之后的数据存在缓冲区中，则对从节点发送+CONTINUE响应，表示可以进行部分复制

主节点根据偏移量把复制积压缓冲区里的数据发送给从节点，保证主从复制进入正常状态

心跳

主从节点在建立复制后，它们之间维护着长连接并彼此发送心跳命令



主从节点彼此都有心跳检测机制，各自模拟成对方的客户端进行通信，通过client list命令查看复制相关客户端信息，主节点的连接状态为flags=M，从节点连接状态为flags=S

主节点默认每隔10秒对从节点发送ping命令，判断从节点的存活性和连接状态。可通过参数repl-ping-slave-period控制发送频率

从节点在主线程中每隔1秒发送replconf ack{offset}命令，给主节点上报自身当前的复制偏移量。replconf命令主要作用：1）实时监测主从节点网络状态 2）上报自身复制偏移量，检查复制数据是否丢失，如果从节点数据丢失，再从主节点的复制缓冲区中拉取丢失数据 3）实现保证从节点的数量和延迟性功能，通过min-slaves-to-write、min-slaves-max-lag参数配置定义

主节点根据replconf命令判断从节点超时时间，体现在info replication统计中的lag信息中，lag表示与从节点最后一次通信延迟的秒数，正常延迟应该在0和1之间。如果超过repl-timeout配置的值（默认60秒），则判定从节点下线并断开复制客户端连接。即使主节点判定从节点下线后，如果从节点重新恢复，心跳检测会继续进行

注: 参考文献--Redis开发与运维