Redis 主从复制的实现原理是什么？

Redis主从复制的实现原理可通过以下核心机制与流程解析：

一、核心目标与角色分工

Redis主从复制通过**单一主节点（Master）**处理写操作，**多个从节点（Slave）**同步数据并提供读服务，实现：

• 数据冗余：主节点数据备份至从节点，避免单点故障。
• 读写分离：主节点专注写负载，从节点分担读请求，提升并发性能。
• 高可用基础：为主从切换（如Sentinel或Cluster）提供数据同步能力。

二、关键实现流程

1. 连接建立与身份验证

• 从节点发起连接：通过SLAVEOF <master_ip> <master_port>命令或配置文件指定主节点信息。
• 主节点验证：若配置密码（requirepass），从节点需提供正确密码（masterauth）。
• 建立专用套接字：主从节点通过持久化连接传输数据与命令。

2. 数据同步阶段

根据场景分为全量复制与增量复制：

（1）全量复制（Full Resynchronization）

• 触发条件：
  • 从节点首次连接主节点。
  • 主节点重启或从节点数据丢失（如断线时间过长）。
• 流程：
  1. 生成RDB快照：主节点执行BGSAVE生成当前数据快照，记录期间新写命令到复制缓冲区。
  2. 传输快照：主节点将RDB文件发送至从节点，从节点清空本地数据并加载快照。
  3. 同步缓冲区命令：主节点发送复制缓冲区中的写命令，确保从节点数据与主节点一致。

（2）增量复制（Partial Resynchronization）

• 触发条件：从节点短暂断线后重连，且主节点复制积压缓冲区（Replication Backlog）仍包含断线期间的写命令。
• 流程：
  1. 发送PSYNC命令：从节点携带复制偏移量（offset）发送PSYNC <replid> <offset>。
  2. 检查缓冲区：主节点根据offset判断是否在积压缓冲区范围内。
     • 是：发送缺失的写命令，完成增量同步。
     • 否：触发全量复制。

3. 命令传播阶段

• 实时同步：全量复制完成后，主节点每执行一条写命令，立即异步发送给所有从节点。
• 心跳检测：
  • 主节点每10秒发送PING命令，检测从节点存活状态。
  • 从节点每秒发送REPLCONF ACK <offset>，上报当前复制偏移量，主节点据此监控同步延迟。

三、核心组件与机制

1. 复制积压缓冲区（Replication Backlog）

• 作用：环形缓冲区，存储主节点近期写命令，支持增量复制。
• 配置参数：repl-backlog-size（默认1MB），需根据写负载调整，避免频繁全量复制。

2. 复制偏移量与复制ID

• 偏移量（Offset）：标记数据同步位置，断线后用于定位缺失数据。
• 复制ID（ReplID）：唯一标识主节点数据版本，确保从节点同步正确数据源。

3. 异步复制与数据一致性

• 异步特性：主节点写操作不等待从节点确认，可能存在数据延迟。
• 增强一致性配置：
  • min-slaves-to-write N：要求至少N个从节点在线才允许写入。
  • min-slaves-max-lag T：从节点同步延迟超过T秒时，主节点拒绝写入。
  • WAIT命令：强制等待指定从节点同步完成，实现半同步。

四、故障转移与高可用扩展

• 手动切换：通过SLAVEOF NO ONE提升从节点为主节点，需调整配置（如replica-priority）。
• 自动故障转移：结合Redis Sentinel，监控主节点状态，选举新主节点并重定向从节点。

五、实践建议

1. 监控复制状态：通过INFO replication命令查看主从节点偏移量、延迟等指标。
2. 优化缓冲区大小：根据写负载调整repl-backlog-size，减少全量复制。
3. 负载均衡：在高并发读场景下，通过代理（如Twemproxy）或客户端路由分配读请求至从节点。
4. 持久化配合：主节点开启AOF持久化，减少故障后的数据丢失风险。

通过上述机制，Redis主从复制实现了高效的数据同步与高可用性，是构建分布式缓存系统的核心基础。

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