15.Redis高级复制



Redis复制

在Redis中，用户可以通过执行SLAVEOF命令或者设置slaveof选项，让一个服务器去复制（replication）另一个服务器，我们称呼被复制的服务器为主服务器（master），而对主服务器进行复制的服务器被称为从服务器（slave）。

进行复制中的主从服务器双方的数据库将保存相同的数据，概念上将这种现象称作“数据库状态一致”，或者简称“一致”。

Redis官方网站关于复制的文档： http://redis.io/topics/replication

 

Redis在2.8版对复制功能进行了更新修改，旧版复制功能在处理断线后重新连接从服务器时效率低，而新版复制功能通过部分重同步来解决旧版复制功能的低效问题。

旧版复制，不管是在同步初始数据RDB时主从中断，还是在命令传播时中断，都需要从头再来，重新传送所有数据，其实在中断前的数据状态是一致的，不一致的仅仅是中断后到重连成功这段时间。

旧版复制功能：

Redis的复制功能分为同步（sync）和命令传播（command propagate）两个操作：

同步操作作用于将从服务器的数据库状态更新至当前所处的数据库状态；

命令传播操作则用于在主服务器的数据库状态被修改，导致主从服务器的数据库状态出现不一致时，让主从服务器的数据库重新回到一致状态。

同步步骤：

1.从服务器向主服务器发送SYNC命令；

2.收到SYNC命令的主服务器执行BGSAVE命令，在后台生成一个RDB文件，并使用一个缓冲区记录从现在开始执行的所有写命令；

3.当主服务器的BGSAVE命令执行完毕时，主服务器会将BGSAVE命令生成的RDB文件发送给从服务器，从服务器接收并载入这个RDB文件，将自己的数据库状态更新至主服务器执行BGSAVE命令时的数据库状态。

4.主服务器将记录在缓冲区里面的所有写命令发送给从服务器，从服务器执行这些写命令，将自己的数据库状态更新至主服务器数据库当前所处的状态。

命令传播：

同步操作执行完后，主从状态一致，但每当主服务器执行写命令后，主从状态就会不一致了，为了再次回到一致状态，需要执行命令传播操作：

主服务器将自己执行的写命令，发送给从服务器执行，执行后主从会再次回到一致状态。

新版复制功能：

新版复制使用PSYNC命令代替了SYNC命令，PSYNC命令具有完整重同步（full resynchronization）和部分重同步（partial resynchronization）两种模式：

完整重同步用于处理初次复制情况：完整重同步的执行步骤和SYNC命令的执行步骤基本一样，都是通过让主服务器创建并发送RDB文件，以及向从服务器发送保存在缓冲区里面的写命令来进行同步；

部分重同步用于处理断线后重复制情况：当从服务器在断线后重新连接主服务器时，如果条件允许，主服务器可以将主从服务器连接断开期间执行的写命令发送给从服务器，从服务器只要接收并执行这些写命令，就可以将数据库更新至主服务器当前所处的状态。

PSYNC命令的部分重同步模式解决了旧版复制功能在处理断线后重复制时出现的低效情况。

部分重同步的实现：

部分重同步由三部分构成：

主服务器的复制偏移量（replication offset）和从服务器的复制偏移量；

主服务器的复制积压缓冲区（replication backlog）；

服务器的运行ID（runID）。

复制偏移量

主服务器和从服务器会分别维护着一个复制偏移量：

主服务器每次向从服务器传播N个字节的数据时，就将自己的复制偏移量的值加上N；

从服务器每次收到主服务器传播来的N个字节的数据时，就将自己的复制偏移量的值加上N。

通过对比主从服务器的复制偏移量，可以知道主从服务器是否处于一致状态。

从服务器在断线重连后，向主服务器发送PSYNC命令，并报告从服务器的当前复制偏移量，主服务器根据该从服务器的复制偏移量来判断执行完整重同步行部分重同步。

复制积压缓冲区

复制积压缓冲区是由主服务器维护的一个固定长度先进先出队列，默认大小为1MB，该值可以根据需要来设置其大小，一般设为2*second*write_size_per_second。

主服务器进行命令传播时，不仅会将写命令发送给所有从服务器，还会将写命令入队到复制积压缓冲区里面，因此复制积压缓冲区里面会保留着一部分最近传播的写命令，并且队列中的每个字节都会记录相应的复制偏移量。

主从断线重连后，主服务器会接收到从服务器发送的复制偏移量，根据该复制偏移量来决定执行何种同步操作：

如果offset偏移量之后的数据（offset+1）仍然存在于复制积压缓冲区里面，那么主服务器将对从服务器执行部分重同步操作；

如果offset偏移量之后的数据已经不存在于复制积压缓冲区，那么主服务器将对从服务器执行完整重同步操作。

服务器运行ID：

每个Redis服务器，不论主服务器还是从服务器，都会有自己的运行ID。运行ID在服务器启动时自动生成，有40个随机的十六进制字符组成；

实现部分重同步需要用到服务器运行ID；

当从服务器对主服务器进行初次复制时，主服务器会将自己的运行ID传送给从服务器，从服务器会将它保存起来；

当从服务器断线并重新连上一个主服务器时，从服务器将向当前连接的主服务器发送之前保存的运行ID；

如果从服务器保存的运行ID和当前连接的主服务器的运行ID相同，说明从服务器断线前复制的就是这个主服务器，主服务器可以继续尝试执行部分重同步操作；

相反，如果从服务器保存的运行ID和当前连接的主服务器的运行ID并不相同，说明从服务器断线前复制的不是该主服务器，此刻主服务器将对从服务器执行完整重同步操作。

新版复制功能 PSYNC命令的实现：

PSYNC命令的调用方法有两种：

      如果从服务器以前没有复制过任何主服务器，或者之前执行过SLAVEOF no one命令，那么从服务器在开始一次新的复制时将向主服务器发送PSYNC？-1命令，主动请求主服务器进行完整重同步。

      相反的，如果从服务器已经复制过某个主服务器，那么从服务器在开始一次新的复制时将向主服务器发送 PSYNC <runid><offset>命令：其中runid是上一次复制的主服务器的运行ID，而offset则是从服务器当前的复制偏移量，接收到这个命令的主服务器会通过这个两个参数来判断应该对从服务器执行哪种同步操作。

接收到PSYNC命令的主服务器会向从服务器返回以下三种回复的其中一种：

      如果主服务器返回 +FULLRESYNC <runid> <offset>回复，那么表示主服务器将与从服务器执行完整重同步操作：其中runid是这个主服务器的运行ID，从服务器会将这个ID保存起来，在下一次发送PSYNC命令时使用；而offset则是主服务器当前的复制偏移量，从服务器会将这个值当作自己的初始化偏移量。

      如果主服务器返回 +CONTINUE回复，那么表示主服务器将与从服务器执行部分重同步操作，从服务器只要等着主服务器将自己缺少的那部分数据发送过来就可以了。

      如果主服务器返回 -ERR回复，那么表示主服务器的版本低于Redis 2.8，它识别不了PSYNC命令，从服务器将向主服务器发送SYNC命令，并与主服务器执行完整同步操作。

复制的实现

通过向从服务器发送SLAVEOF命令，可以让一个从服务器去复制一个主服务器。下面是复制功能的详细实现步骤（Redis2.8或以上版本）：

1. 设置主服务器的地址和端口；（从服务器将客户端给定的主服务器IP地址和端口保存起来）

2. 建立套接字连接；（从服务器创建连向主服务器的套接字连接）

3. 发送PING命令；（从向主发送PING命令，检查套接连接的状态）

4. 身份验证；（从向主发送AUTH命令，只有设置了才需要进行身份验证）

5. 发送端口信息；（从向主发送从的监听端口号，主会保存该端口号）

6. 同步；（从向主发送PSYNC命令，执行同步操作）

7. 命令传播；（主一直将自己执行的写命令发送给从，从则执行，保存数据一致）