深入解析Redis主从复制：原理、流程与高可用架构实践

Redis作为一个内存数据库，通过主从复制来保持数据的高可用性是十分必要的。本节将深入介绍其主从同步的核心原理与实现细节。

1. 核心原理

主从复制主要基于以下机制实现：

• 数据同步：从节点通过复制主节点的数据副本，实现数据冗余和高可用。
• 异步复制：默认采用异步方式，主节点在写入数据后立即响应客户端，同时将写命令传播给从节点。
• 全量同步 + 增量同步：根据从节点的状态，Redis 会自动选择全量或增量方式同步数据。

2. 工作流程

（1）建立连接

1. 从节点执行 SLAVEOF <master_ip> <master_port> 或配置 slaveof 指令，向主节点发起连接请求。
2. 从节点与主节点建立 Socket 连接，用于后续的命令与数据传输。

（2）数据同步阶段

Redis 根据从节点的复制偏移量决定同步方式：

a) 全量同步（Full Resynchronization）

触发条件：

• 从节点首次连接主节点。
• 从节点的复制偏移量不在主节点的复制积压缓冲区中。

流程：

1. 从节点发送 PSYNC 命令请求同步。
2. 主节点执行 BGSAVE 在后台生成 RDB 快照文件，同时将生成期间接收到的写命令缓存到复制缓冲区。
3. 主节点将 RDB 文件发送给从节点，从节点清空自身旧数据并加载 RDB 快照。
4. 主节点发送缓冲区的写命令，从节点执行这些命令以追上主节点的最新状态。

b) 增量同步（Partial Resynchronization）

触发条件：

• 从节点与主节点网络短暂中断后重连。
• 从节点的复制偏移量仍存在于主节点的复制积压缓冲区中。

流程：

1. 从节点发送 PSYNC 命令，并携带上次复制记录的偏移量。
2. 主节点比对偏移量，将积压缓冲区中从该偏移量之后的所有写命令发送给从节点。
3. 从节点执行这些命令，从而快速追上主节点数据。

3. 核心概念

（1）复制偏移量（Replication Offset）

• 主节点和从节点各自维护一个偏移量，记录已复制/接收的数据字节数。
• 每次主节点向从节点传播 N 字节数据时，双方偏移量都增加 N。
• 通过对比主从偏移量，可以判断数据的一致性。

（2）复制积压缓冲区（Replication Backlog）

• 主节点维护的一个固定大小的循环缓冲区（默认 1MB）。
• 用于保存最近传播的写命令，是增量同步的关键。
• 若从节点的偏移量仍在缓冲区范围内，则进行增量同步；否则触发全量同步。

（3）服务器运行 ID（Run ID）

• 每个 Redis 节点启动时都会生成一个唯一的 Run ID。
• 从节点会记录主节点的 Run ID，用于判断主节点是否发生了变更（例如主节点重启后 Run ID 改变会触发全量同步）。

4. 命令传播阶段

• 完成初始数据同步后，主节点进入命令传播阶段，持续将接收到的写命令异步发送给所有从节点。
• 从节点接收并执行相同的命令，以保持数据的实时同步。

5. 主从拓扑结构

1. 一主一从：结构简单，适用于数据备份或基础的读写分离场景。
2. 一主多从：适用于读多写少的场景，读请求可以在多个从节点上负载均衡。
3. 树状结构（链式复制）：从节点可以进一步作为其他节点的主节点，形成级联复制，有助于减轻顶层主节点的复制压力。

6. 重要配置参数

# 主节点相关配置
repl-backlog-size 1mb    # 复制积压缓冲区大小
repl-backlog-ttl 3600    # 缓冲区保留时间（秒）
min-slaves-to-write 1    # 至少 N 个从节点在线才接受写操作
min-slaves-max-lag 10    # 从节点延迟不超过 N 秒

# 从节点相关配置
slave-read-only yes      # 从节点只读（默认）
repl-diskless-sync no    # 是否使用无盘复制（通过网络直接传输 RDB）