在实际生产环境中，为了避免单点故障，Redis肯定不会以单机的形式部署，而是会同时部署多个实例。Redis多机数据库的实现主要有三种方式，分别是主从复制、Sentinel和集群，本文主要会详细阐述主从复制的实现原理。
本文主要内容参考自《Redis设计与实现》
如何使用主从复制
在Redis中，可以通过SLAVEOF命令或者设置slaveof选项，可以让一个服务器去复制另一个服务器。被复制的服务器称为主服务器(master)，进行复制的服务器称为从服务器。
旧版复制功能实现
在2.8版本之前，Redis的复制主要分为同步(sync)和命令传播(command propagate)两个操作：
- 同步：将从服务器的数据库状态更新成主服务器的数据库状态。
- 命令传播：将作用于主服务器的写命令，传播给从服务器进行执行，从而保证主从数据库状态一致。
同步
当从服务器刚执行SLAVEOF命令时，首先做的就是同步操作，将从服务器的数据库状态更新成主服务器的数据库状态。
从服务器通过向主服务器发送SYNC命令来完成同步操作，SYNC命令的执行步骤如下：
- 从服务器向主服务器发送
SYNC命令。 - 主服务器收到
SYNC命令之后，开始执行BGSAVE命令生成RDB文件。在生成RDB文件期间，将写命令记录在一个缓冲区中。 - 主服务器发送
RDB文件文件给从服务器，从服务器载入该RDB文件。 - 主服务器发送生成
RDB文件期间的写命令给从服务器，从服务器重放这些命令。此时从服务器状态和主服务器状态一致，同步操作完成。
命令传播
在同步操作完成之后，后续主服务器执行的写命令会以命令传播的方式发送给从服务器，从而保证主从数据库状态一致。
旧版复制功能的缺陷
当初次复制时，旧版复制功能没有任何问题。但是当因为网络问题，主从服务器短暂掉线重连之后，此时依然会触发复制。虽然这种方式可以让主从数据库状态重新一致，但是性能和效率都会很低。因为重连之后的复制，仍然要执行同步操作，生成完整的RDB文件，从服务器依然要载入该RDB文件。实际上，在掉线期间，只是丢失了少量写命令，此时执行完整的复制操作，显然效率太低了。
新版复制功能实现
为了解决旧版复制功能在掉线重复制的低效问题，在2.8版本之后，Redis使用PSYNC命令代替原来的SYNC命令来执行同步操作。
PSYNC命令具有完整重同步(full resynchronization)和部分重同步(patial resynchronization)两种模式：
- 完整重同步：用于处理初次复制的情况。跟旧版的
SYNC命令基本一致，都是让主服务器生成并发送RDB文件和在此期间的写命令给从服务器来完成同步操作的。 - 部分重同步：用于处理掉线后的重复制情况。当从服务器掉线后重新连接主服务器，如果条件允许，可以让主服务器只将掉线期间执行的写命令发送给从服务器，从而达到主从数据库状态重新一致。
部分重同步实现
部分重同步功能主要由以下三个部分构成：
- 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)
- 服务器运行ID
复制偏移量
执行复制的双方-主服务器和从服务器会分别维护一个复制偏移量：
- 主服务器每次向从服务器传播N个字节的数据时，就会将自己的复制偏移量加N。
- 从服务器每次收到主服务器传播来的N个字节数据时，也会将自己的复制偏移量加N。
如果主从数据库状态一致，那么它们的复制偏移量一定是相等的，反之，则表示数据库状态不一致。因此当发生掉线重连时，主从服务器的复制偏移量一定不相等。
复制积压缓存区
复制积压缓存区是由主服务器维护的固定长度的先进先出(FIFO)队列，默认大小为1MB。当主服务器进行命令传播时，不仅会将写命令发送给所有的从服务器，还会将写命令写入复制积压缓冲区中。因此，复制积压缓冲区会保存最近传播的写命令，并且复制积压缓冲区为每个字节记录了相应的复制偏移量。
当从服务器重连之后，从服务器会通过PSYNC命令将自己的复制偏移量发送给主服务器，主服务器会根据这个偏移量来决定采用哪种同步操作。
- 如果
offset偏移量之后的数据仍然存在复制积压缓冲区中，那么采用部分重同步。 - 如果
offset偏移量之后的数据不在复制积压缓冲区中，那么采用完整重同步。
服务器运行ID
每个Redis服务器，不论是主服务器还是从服务器，都会有自己的运行ID。运行ID在服务器启动的时候生成，由40位随机字符组成。当从服务器进行初次复制时，会将对应的主服务器运行ID也保存下来。通过这个运行ID，就能确定重连上的主服务器是不是掉线之前的主服务器，如果是的话，则尝试之前的部分重同步，反之，则执行完整重同步。
PSYNC命令的实现
PSYNC命令调用方式有两种：
- 如果从服务器之前没有复制过任何主服务器，那么从服务器在开始一次新的复制时，会发送
PSYNC ? -1命令，主动请求完整重同步。 - 如果从服务器已经复制过主服务器，那么开始一次新的复制时，会发送
PSYNC <runid> <offset>命令，主服务根据runid和offset参数决定使用何时复制方式。
接收到PSYNC命令的主服务器，可能会返回以下三种结果中的一种给从服务器：
+FULLRESYNC <runid> <offset>：执行完整重同步。其中runid表示主服务器的运行ID，从服务器会将其保存下来；offset是主服务器的复制偏移量，从服务器会将其作为自己的初始偏移量。+CONTINUE：执行部分重同步。主服务器会将缺少的那部分数据发送给从服务器。-ERR：复制错误。表示主服务器版本低于2.8，不能识别PSYNC命令。
主从复制的不足
主从复制解决了数据备份和性能(通过读写分离)的问题，但是还是存在一些不足:
- RDB 文件过大的情况下，同步非常耗时。
- 在一主一从或者一主多从的情况下，如果主服务器挂了，对外提供的服务就不可用了，单点问题没有得到解决。如果每次都是手动把之前的从服务器切换成主服务器，这个比较费时费力，还会造成一定时间的服务不可用。
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