Redis设计与实现3.1：主从复制

主从复制

这是《Redis设计与实现》系列的文章，系列导航：Redis设计与实现笔记

SLAVEOF

新旧复制功能

旧版复制功能

旧版复制功能的实现为 同步 和 命令传播：

当刚连上Master时，要做一次全同步：

sequenceDiagram
participant Slave
participant Master
Slave->>Master: SYNC
Master->>Master: BGSAVE
Master->>Master: 记录此时的命令到缓冲区中
Master->>Slave: 发送RDB
Master->>Slave: 发送命令缓冲区中的命令

之所以要用到缓冲区是因为，在主节点进行 BGSAVE 的过程中如果有命令执行，那么我们要把这些命令也记录下来。

之后，主从节点之间只用 命令传播 就可以做到同步了，也就是说主节点执行什么命令，从节点跟着执行。（当然，一些随机、时间类的函数会直接转换成定值）

旧版复制的缺陷

如果从节点断线后重新连接，旧版复制功能的效率很低，因为为了让从服务器补足一小部分的确实却要进行一次 SYNC 命令。

为什么低效：

1. 主节点 BGSAVE 要消耗大量的CPU、内存、IO资源
2. 主节点发送需要消耗网络资源
3. 从节点需要载入，且载入期间处于阻塞状态

新版复制功能

用 PSYNC 命令代替 SYNC。

PSYNC 具有 完整重同步 和 部分重同步 两种模式，分别针对初次同步和重新同步两种场景。

复制功能的实现

复制的实现

复制的一些具体的细节，当进行复制时：

1. 从服务器设置主服务器的地址和端口

   struct redisServer{
   //...
   char *masterhost;
   int masterport;
   //...
   }
   

2. 建立套接字连接，并关联一个专门处理复制工作的文件事件处理器

3. 发送 PING 命令，检查套接字和主服务器的状态是否正常
   
   

4. 身份验证，主从必须配置一致且密码正确（如果有）才能通过验证

5. 发送端口信息：主节点也得知道给从节点的哪个端口发消息，不是么

6. 同步：干正事儿喽

   这里书上说：

   • 在同步操作执行之前，只有从服务器是主服务器的客户端，但是在执行同步操作之后，主服务器也会成为从服务器的客户端。
   • 正是因为主服务成为了从服务器的客户端，所以主服务器才能通过发送写命令来改变从服务器的数据库状态。

   我想了想，似乎一般确实都是客户端改变服务端的数据的，所以这么说倒也在理，但是服务端不是也可以给客户端发送数据么？所以这里可能和 Redis 的具体实现有关？

7. 命令传播：进入了第二个阶段

如何部分重同步

要关注的三个部分：

1. 复制偏移量：主从服务器都有复制偏移量，通过这个值判断主从是否处于一致状态

2. 主服务器的复制积压缓冲区：保存执行命令的历史记录

   一个固定长度（默认1MB）的 FIFO 的队列，当主从不一致时可以计算并从中获取缺少的命令。

   由于固定长度，所以如果缺的多了就只能进行完整重同步了。

   大小一般设为 断连平均时间 * 每秒的命令数，安全起见再乘以2。

3. 服务器的运行 ID

   毕竟只有 ID 一致同步才有意义，否则说明换主人了，那还是全同步吧

PSYNC的逻辑

graph LR;

S(接收到SLAVEOF命令) --> A{第一次复制?}
A --Y--> A1[发送PSYNC ? -1] --> E1(返回+FULLRESYNC &ltrunid> &ltoffset&gt)
A --N--> A2[发送PSYNC &ltrunid&gt &ltoffset&gt] --> B{主服务器返回 +CONTINUE}

B --N--> E1
B --Y--> E2[执行部分重同步]

主要是判断 是否是第一次复制 、 是否是同一个主服务器，从而决定是部分重同步还是全同步。

上图没有展示的是，如果主服务器不支持 PSYNC，则返回 -ERR

心跳检测

心跳检测：在命令传播阶段，从服务器默认每秒发送一次心跳：REPLCONF ACK <replication_offset>。

作用有三：

1. 检测主从服务器的网络状态

2. 辅助实现 min-slaves 配置选项

   min-slaves-to-write、min-slaves-max-lag 可以防止发生脑裂现象

3. 通过 offset 检测命令是否丢失