架构拓扑

复制关系

参与复制的节点一般有主节点和从节点两部分构成，任何节点都只能有一个主节点，任何一个主节点都可以有多个从节点，数据只能由主节点向从节点进行复制传输，复制关系可以按照部署拓扑需要进行建立或解除。

建立

配置复制的方式有以下三种：

• 在配置文件中加入slaveof {masterHost} {masterPort}随Redis启动生效
• 在redis-server启动命令后加入--slaveof {masterHost} {masterPort}生效
• 直接使用命令：slaveof {masterHost} {masterPort}生效

断开

当不再作为从节点复制某个主节点数据时，执行slaveof no one来断开主从关系，则当前节点停止复制数据。

切主操作流程如下：

• 断开与旧主节点复制关系
• 与新主节点建立复制关系
• 删除从节点当前所有数据
• 对新主节点进行复制操作
  
  切换主节点后，从节点会清空之前所有数据

主从拓扑

简单一主一从

这是比较常用的主从拓扑设计，设计简单，较为实用，维护成本也低；不足就是节点少扩展性不高，也无法做到非常健壮的高可用集群。

星形一主多从

该拓扑是拥有多个从节点，在读写分离且读多写少的场景下可以发挥作用，拥有较好的灾备处理能力，不足之处是由于从节点过多会加重主节点的网络负载压力。

树状一主多从

树状拓扑是在星状拓扑的基础上进行扩展的，其设计思想是既保留多从节点保持较好的扩展性和灾备能力，又尽量不增加主节点的网络负载压力，其不足之处在于网络拓扑关系复杂，对后续维护和网络环境有很大要求。

从节点只读模式
从节点使用slave-read-only=yes配置为只读模式。由于复 制只能从主节点到从节点，对于从节点的任何修改主节点都无法感知，修改 从节点会造成主从数据不一致。因此建议线上不要修改从节点的只读模式。

传输延迟控制
Redis中repl-disable-tcp-nodelay参数用于控制是否关闭TCP_NODELAY，默认关闭。

复制命令

Redis中复制命令分为老的sync和新的psync，新命令psync支持全量/部分复制，在异常断开后支持续传，而sync仅支持全量复制。

sync全量复制

sync 命令交互过程如下

• [step-1] Master收到Slave的sync复制请求后执行bgsave通过fork()进程在Master中生成rdb文件
• [step-2]  传输rdb文件到Slave节点

psync全量/部分复制

psync 命令提供了部分复制的功能，在主从断线后可以在断传处进行续传，减少了重复复制工作，减少恢复同步时间和网络资源消耗。

• [step-1] 当Slave节点接收到客户端发送的slaveof，Slave节点会判断自身是否首次复制

• 若非首次复制，则执行psync <runid> <offset>进行同步，runid即Master的运行ID，offset即已复制的水位偏移量
• 若首次复制，则执行psync ? -1进行同步，表示开始全量复制

• [step-2] Master接收Slave复制请求命令后会根据复制情况进行全量或部分复制的反馈

• 全量复制。 + FULLRESYNC <runid> <offset>
• 部分复制。 + CONTINUE

• [step-3] Slave开始复制Master数据

初次复制时，sync和psync几乎无任何性能差距，都是从头复制，psync优点体现在断网续传上可以支持通过偏移量进行部分复制。

复制原理

• [step-1] 根据客户端发送到Slave的命令slaveof {masterHost} {masterPort}保存主节点信息，也就是保存要向谁发起复制
• [step-2] 根据保存的主节点信息建立socket连接请求
• [step-3] 建立socket后，并不能确保Master可以进行复制服务，有可能在处理Lua脚本等，因此此时发送Ping命令验证Master是否可以进行复制，当Master返回Pong表明Master处于ready状态，可以进行复制工作进行
• [step-4] 若配置权限校验则进行权限认证
• [step-5] Slave向Master发送自身可以进行复制工作的端口信息
• [step-6] 执行sync或psync复制同步命令，执行上述介绍的命令交互过程
• [step-7] 经历了以上复制交互的准备工作后，进入到命令传播阶段，当Master有写命令时会进行Slave节点传播，在Slave节点复制完成后，Master、Slave数据保持一致

主从心跳判断机制：

• 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命令主要作用如下:

• 实时监测主从节点网络状态
• 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
• 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。

总结

• 合理规划Slave的网络拓扑，避免复制风暴产生给网络传输带来负载压力
• Master/Slave可以进行读写分离，Master负责写、Slave负责读，适合读多写少的场景，但是要充分考虑数据不一致存在延迟的情况，根据业务容忍情况来进行取舍和使用。一般情况下Redis的性能可以支持Master读写，更多的是前置代理节点进行水平扩展而非通过扩展Slave节点进行读写分离，后面会在深入介绍

参考

《Redis设计与实现》

《Redis开发与运维》