简析Redis复制原理
在分布式系统中为了解决单点问题，通常会把数据复制成多个副本部署到不同的机器上，以满足负载均衡和故障恢复等需求，Redis也是如此，Redis支持简单且易用的主从复制（master-slave replication）功能。
复制过程
- slave执行slaveof命令，slave只保存master的地址信息后就返回。
- slave通过内部每秒运行的定时任务维护复制相关的逻辑，当定时任务发现新的master信息时，开始尝试与master建立网络连接。如果无法建立连接，slave会一直无限次重连直到连接成功或者取消复制。
- 连接建立成功后slave会发送ping请求进行首次通信，检测主从之间网络套接字是否可用、检测msater当前是否可接受处理命令。
- 如果master设置了requirepass参数，则需要密码验证。
- 首次建立复制，主从节点会进行一次全量复制。
- 同步数据集成功后，master持续把后续的写命令发送给slave，保证主从一致性。
数据同步
如何进行数据同步？
复制偏移量（offset）
参与主从复制的master和slave会保存各自的复制偏移量，slave的复制偏移量初始值为-1。master处理写入命令后，会对自己的复制偏移量进行累加；slave收到master发送的命令后，也会对自己的复制偏移量进行累加，并且slave每秒上报自身的复制偏移量给master，所以master也保存了slave的复制偏移量。倘若主从复制偏移量差距过大，则有可能是因为阻塞或网络延迟高造成的。
复制积压缓冲区
复制积压缓冲区是保存在master上的一个固定长度的队列。当master处理写入命令后，不仅会把命令发送给slave，也会把命令写入复制积压缓冲区。复制积压缓冲区用于保存最近已复制数据，可用于部分复制或复制命令丢失的数据补救。
主节点运行ID（runId）
每个Redis启动后会动态分配一个40位的十六进制的字符串作为运行ID，运行ID的主要作用是唯一识别Redis节点。如果master运行ID发生变化后，主从节点将进行全量复制。
psync命令
slave使用psync命令完成部分复制和全量复制功能，命令格式：psync {runId} {offset}。slave发送psync命令给master，master根据psync的参数和自身数据决定响应结果（全量复制、部分复制、错误）。
全量复制
全量复制是redis最早支持的复制方式，也是主从第一次建立后必须经历的阶段。
过程
- 发送psync命令进行数据同步，由于是第一次进行复制，从节点没有复制偏移量和主节点运行ID，所以发送psync ? -1。
- 主节点根据psync解析当前为全量复制，回复+FULLRESYNC响应。
- slave接收到master的响应数据，保存runId和offset。
- master开始执行bgsave，保存RDB到本地。
- master发送RDB文件给slave，slave接受到RDB文件后存储为自己的数据文件。（如果文件过大，存在超时全量复制失败的风险）。
- 从slave开始接受RDB到接受完成期间，master仍在处理读写命令。在这期间，master将写命令写入客户端缓冲区，当slave加载完RDB后，再把缓冲区内的数据发送给slave，保证主从之间数据一致性。
- slave接受完master传送的数据后会清空自身旧数据。
- slave清空数据后开始价值RDB文件，如果RDB文件过大，这个过程非常耗时。如果slave正处于全量复制阶段或者复制中断，那么slave响应读命令时可能拿到过期或错误的数据，数据出现不一致。（可以通过设置slave-serve-stable-data参数来关闭对读命令的响应）
- slave加载完RDB后，如果slave开启了AOF持久化，它会立即执行bgrewriteaof操作，保证全量复制后AOF持久化文件立刻可用。
时间开销
- master bgsave时间
- RDB文件网络传输时间
- salve清空数据时间
- slave加载RDB时间
- 可能的AOF重写时间
由此可见，全量复制的时间开销大，除此之外，全量复制过程中也会消耗大量的CPU、内存、网络资源。所以除了第一次复制采用全量复制，其余场景应该规避全量复制的发生。
部分复制
部分复制主要是Redis针对全量复制过高开销作出的一种优化措施。当slave正在复制master时，如果出现网络闪断或者命令丢失等异常情况时，slave会向master要求补发丢失的命令数据，如果master的复制积压缓冲区内存在这部分数据则之间发给slave，这样可以确保主从节点复制的一致性。补发的这部分数据一般远远小于全量数据，所以开销很小。
过程
- 主从节点之间网络出现中断时，如果超过repl-timeout时间，master会认为slave故障并中断复制连接。
- 主从连接中断期间master依然响应客户端的命令，但复制连接中断命令无法发送给slave，不过master内部存在复制积压缓冲区，可以保存最近一段时间的命令数据，默认最大缓存1MB。
- 主从节点网络恢复后，slave再次连上master。
- 主从连接恢复后，由于slave保存了自身已复制的偏移量和主节点的运行ID，此时将他们作为参数发送给master，要求进行部分复制。
- master接到psync命令后进行核对，然后根据offset在自身复制积压缓冲区插座，如果数据存在于缓冲区，则对slave发送+CONTINUE响应，表示可以进行部分复制。
- master根据offset把复制积压缓冲区里的数据发送给slave，保证主从复制进入正常状态。
异步复制（写命令同步）
master不仅负责数据读写，还负责把写命令同步给slave。写命令的发送是异步完成，master自身处理完写命令后直接返回给客户端，并不等待slave复制完成。由于主从复制过程是异步的，就会造成salve数据相对master存在延迟。
心跳机制
主从节点建立复制后，它们之间维护着长连接并彼此发送心跳命令。
主从心跳判断机制
- 主从节点各自都有心跳检测机制，各自模拟成对方的客户端进行通信。
- master默认每隔10s对slave发送ping命令，判断slave的存活性和连接状态。
- slave每隔1s对master发送replconf ack {offset}命令，给master上报自身当前的复制偏移量。replconf命令常用于检测主从节点网络状态、上报自身复制偏移量，检测复制数据是否丢失，如果slave数据丢失，再从master的复制缓冲区拉取丢失数据。、实现保证slave的数量和延迟性功能。