Redis复制
在Redis中，用户可以通过执行SALVEOF命令或者设置slaveof选项，让一个服务器去复制（replace）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称为从服务器（slave）。
下面分别介绍旧版（Redis 2.8之前）和新版本两种复制机制。
1 旧版本复制功能的实现
Redis的复制功能分为同步（sync）和命令传播（command propagate）两个操作：
**同步操作用于将从服务器的数据库状态更新至主服务器当前的所处的服务器状态。
**同步传播操作则用于在主服务器数据库状态被修改，导致主从服务器状态不一致时，让主从服务器的数据库重新回到一致状态。
(1) 同步操作
当客户端向从服务器发送SLAVEOF命令时，要求服务器复制主服务器时，从服务器首先需要执行同步操作，也即是将从服务器的数据库状态更新至主服务器状态当前数据库状态。
从服务器对主服务器的同步操作是通过向主服务器发送SYNC命令来完成，以下是SYNC命令的执行步骤：
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以写命令。这里的缓冲区和AOF重写的缓冲区的作用相似，因为后台在生成RDB文件的时候，主服务器可以继续处理命令。
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BGSAVE命令时的数据库状态。
4) 主服务器将记录在缓冲区的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当前所处的状态。
主从服务器执行SYNC命令期间的通信过程
(2) 命令传播
在同步操作执行完毕之后，主从服务器两者的数据库状态达到一致状态，但是这种一致状态并不是一成不变的，每当主服务器执行客户端发送的写命令时，主服务器的数据库状态就有可能被修改，并导致主从服务器的状态不再一致。
为了能让主从服务器的装态再次回到一致状态，主服务器需要对从服务器执行命令传播操作：主服务器会将自己执行的写命令，也就是造成从服务器不一致的那条命令，发送给从服务器执行，当从服务器执行了相同的命令之后，主从服务器的状态再次回到一致。
3 旧版本复制功能的缺陷
在Redis中，从服务器对主服务器的复制可以分为两种情况：
(1) 初次复制：从服务器以前没有复制过任何其他服务器，或者从服务器当前要复制的主服务器和上次复制的主服务器不一致。
(2) 断线后重复制：处于命令传播阶段的主从服务器因为网络原因而中断了复制，但从服务器通过自动重连重新连接上了主服务器，并继续复制主服务器。
对于初次复制来说，旧版本能够很好的完成任务，但对于断线后重复制来说，虽然也能让主从服务器重新回到一致性状态，但是效率非常低。
旧版本断线重连后重新复制效率问题：如果在断线期间，如果主服务器继续接收客户端的写命令，使得主服务器的数据库状态发生了变化，这时重新连接上从服务器数据库状态和主服务器的数据库状态不一致。所以从服务器重新发送SYNC命令，开始同步操作。如果从服务器断线前就有大量的数据，断线时间又非常短，假设主服务器在从服务器断线状态仅仅只增加了一个键的数据，旧版复制依然会选择重新生成RDB文件，可是主从服务器仅仅只有一个键的数据差异，之前的数据对于从服务器来说是没有必要进行重新复制的，同时SYNC命令是一个非常消耗资源的操作，所以旧版复制对于断线重连复制存在效率问题。
每次执行SYNC命令，主从服务器需要执行以下动作：
1) 主服务器需要执行BGSAVE命令来生成RDB文件，这个生成操作会耗费主服务大量的CPU、 内存和磁盘I/O资源。
2)主服务器需要将自己生成的RDB文件发送给从服务器，这个发送操作会耗赍主从服务器大量的网络资源（带宽和流量），并对主服务器响应命令请求的时间产生影响。
3)接收到RDB文件的从服务器需要载入主服务器发来的RDB文件，并且在载入 期间，从服务器会因为阻塞而没办法处理命令请求。
因为SYNC命令是一个如此耗费资源的操作， 所以Redis有必要保证在真正有需要 时才执行SYNC命令。
4 新版复制功能的实现
为了解决旧版复制功能在断行复制情况的低效问题，Redis从2.8版本开始，使用PSYNC命令代替SYNC命令来执行复制的同步操作。
PSYNC命令具有完整重同步（full resynchronization）和部分重同步（partial resynchronization）两种模式。
(1) 其中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，它们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。
(2) 而部分重同步用于处理断线后重复制的情况：当服务器在断线后重新连接主服务器时，如果条件允许（并不是一定会执行部分重同步，具体的后面会说），主服务器可以将主服务器连接断开期间执行的写命令发送给服务器，从服务器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的数据库状态。
执行SYNC命令需要生成、传送和载入整个RDB文件，而部分重同步只需将从服务器缺少的写命令发送给从服务器执行即可。相比于SYNC命令，PSYNC命令在执行部分重同步所需的资源更加少，完成同步的速度也快的多。
5 部分重同步的实现
部分重同步功能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）。
**服务器的运行ID。
(1)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，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个字节数据时，就将自己的复制偏移量的值加上N。
某时刻主从服务器的数据库处于一致状态，如下图所示
主从服务器数据库状态处于一致状态
如果这个时候主服务器向三个服务器传播33个字节的数据，那么主服务器的复制偏移量将更新为10086 + 33 = 10119，而三个从服务器在接收到主服务器传播的数据后，也会将复制的偏移量更新为10019。
更新后的主从服务器一致状态
通过对比主从服务器的复制偏移量，程序可以很容易的知道主从服务器是否处于一致状态。
考虑以下的情况，如果主从服务器的复制偏移量都是10086，但是就在主服务器要向从服务器传播长度为33字节的数据前，从服务器A断线了，那么主服务传播的数据只要从服务器B和C能收到，在这之后，主服务器、从服务器B和从服务器C三个服务器的复制偏移量都将更新为10119，而断线的从服务器A的地址偏移量仍然停留在10086，这说明从服务器A与主服务器并不一致。
断线导致主从服务器数据库状态不一致
假设从服务器A在断线之后就立即重新连接主服务器，并且成功，那么接下来，从服务器将向主服务器发送PSYNC 命令，报告从服务器 A 当前的复制偏移量为10086， 那么这时，主服务器应该对从服务器执行完整重同步还是部分重同步呢？如果执行部分重同步的话，主服务器又如何补偿从服务器A在断线期间丢失的那部分数据呢？这些都和复制积压缓冲区有关，下面看复制积压缓冲区。
(2)复制积压缓冲区
复制积压缓冲区是由主服务器维护一个固定长度（fixed-size）先进先出（FIFO）队列，默认大小是1MB。所谓固定大小的意思是当队列满了时，又有新的数据入队，最先入队的元素会被弹出，而新的元素会被放入队尾。
当服务器进行命令传播时，它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。
主服务器向复制积压缓冲区和所有从服务器传播写命令
因此，主服务器的复制积压缓冲区里还保存着一部分最近传播的写命令，并且复制积压缓冲区会为队列的每个字节记录相应的复制偏移量，当从服务器重新连上主服务器时，从服务器会通过PSYNC命令将自己的复制偏移量offset发送给主服务器，主服务器会根据这个复制偏移量来决定对从服务器执行何种同步操作：
1) 如果offset偏移量之后的数据仍然存在于复制积压缓冲区里，即从服务器断线期间主服务所有的写命令都还在复制积压缓冲区里，那么主服务器对从服务器执行部分重同步操作。
2)相反，如果offset偏移量之后的数据已经不完全存在于复制积压缓冲区，那么主服务将对从服务器执行完整重同步操作，这里就是断线重新连接不是一定执行部分重同步的情况。
主服务器向从服务器发送断线后缺失的数据
所以，对于上面断线的从服务器A，当它重新连接上主服务器时，并向主服务器发送PSYNC命令，报告自己的复制偏移量为10086。
主服务收到从服务器的PSYNC命令以及偏移量10086后，主服务器将检查偏移量10086之后的数据是否还存在于复制积压缓冲区里，如果发现这些数据还存在，于是主服务器向从服务器发送+CONTINUE回复，表示数据同步将以部分重同步模式进行。
接着主服务器会将复制积压缓冲区10086偏移量之后的所有数据都发送给从服务器。
从服务器只要接收这33个字节的却是数据，就可以回到与主服务器一致的状态。
根据需要调整复制积压缓冲区的大小：
Redis为复制积压缓冲区设置的默认大小为1MB，如果主服务器需要执行大量的写命令，又或者主从服务器断线后重连的时间比较长，那么需要根据实际情况调整复制积压缓冲区的大小。如果复制积压缓冲区的大侠设置的不恰当，那PSYNC命令的重同步模式就不能正常发挥作用。
复制积压缓冲区的最小大小可以根据公式second * write_size_per_second来估算：
其中，second表示从服务器断线后重连上主服务器所需的平均时间。
writer_size_per_size则是主服务器平均每秒产生的写命令的数据量。
为了安全起见，可以将复制积压缓冲区的大小设置为最小大小的2倍，这样可以保证绝大部分断线情况都能使用部分重同步来处理。
(3)服务器运行ID
处理复制偏移量和复制积压缓冲区之外，实现部分重同步还需用到服务器运行ID（run ID）。
每个Redis服务，无论是主服务器还是从服务器，在启动时会自动生成自己的运行ID。当从服务器初次复制时，主服务器会将自己的运行ID传送给从服务器，而从服务器会将这个运行ID保存起来。
当从服务器服务器断线并重新连上一个主服务器时，从服务器会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ID一致，那么说明从服务器断线之前复制的就是当前连接的这个主服务器，主服务器可以继续尝试执行部分重同步操作。
相反的，如果从服务器保存的运行ID和当前连接的主服务器的ID不一致，那么说明从服务器断线前复制的主服务器并不是当前连接的这个主服务器，主服务器将会执行完整的重同步操作。
5 小结
(1) Redis 2.8以前的复制功能不能高效的处理断线后重复制的情况，但Redis 2.8新添加的部分重复制功能可以解决这个问题。
(2) 部分重复制通过复制偏移量、复制积压缓冲区、服务器运行ID三个部分实现。
(3) 复制积压缓冲的大小会影响PSYNC命令的复制重同步模式，在实际情况下，最小复制缓冲区大小应根据主服务器每秒平均产生的写命令和从服务器断线重连的时间设置，同时为了安全起见，可以将复制积压缓冲区大小设置为估算的最小缓冲区大小的2倍。
注：本文参考《Redis设计与实现》，如发现错误，请指正！
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