复制
在分布式系统中为了解决单点问题，通常会把数据复制多个副本部署到其他机器，满足故障恢复和负载均衡等需求。Redis也是如此，它为我们提供了复制功能，实现了相同数据的多个Redis 副本。复制功能是高可用Redis的基础，后面章节的哨兵和集群都是在复制的基础上实现高可用的。
默认情况下，Redis都是主节点。每个从节点只能有一个主节点，而主节点可以同时具有多个从节点。复制的数据流是单向的，只能由主节点复制到从节点。
复制的拓扑结构
Redis 的复制拓扑结构可以支持单层或多层复制关系，根据拓扑复杂性可以分为以下三种:一主一从、一主多从、树状主从结构,下面分别介绍。
一主一从结构
一主一从结构是最简单的复制拓扑结构，用于主节点出现宕机时从节点提供故障转移支持。
当应用写命令并发量较高且需要持久化时,可以只在从节点上开启AOF ,这样既保证数据安全性同时也避免了持久化对主节点的性能干扰。但需要注意的是，当主节点关闭持久化功能时，如果主节点脱机要避免自动重启操作。
因为主节点之前没有开启持久化功能自动重启后数据集为空，这时从节点如果继续复制主节点会导致从节点数据也被清空的情况,丧失了持久化的意义。安全的做法是在从节点上执行slaveof no one断开与主节点的复制关系，再重启主节点从而避免这一问题。
一主多从结构
一主多从结构(又称为星形拓扑结构）使得应用端可以利用多个从节点实现读写分离。
对于读占比较大的场景，可以把读命令发送到从节点来分担主节点压力。同时在日常开发中如果需要执行一些比较耗时的读命令，如:keys、sort等，可以在其中一台从节点上执行，防止慢查询对主节点造成阻塞从而影响线上服务的稳定性。对于写并发量较高的场景,多个从节点会导致主节点写命令的多次发送从而过度消耗网络带宽，同时也加重了主节点的负载影响服务稳定性。
树状主从结构
树状主从结构(又称为树状拓扑结构）使得从节点不但可以复制主节点数据，同时可以作为其他从节点的主节点继续向下层复制。通过引入复制中间层，可以有效降低主节点负载和需要传送给从节点的数据量。
数据写入节点A后会同步到B和C节点,B节点再把数据同步到D和E节点,数据实现了一层一层的向下复制。当主节点需要挂载多个从节点时为了避免对主节点的性能干扰,可以采用树状主从结构降低主节点压力。
复制的配置
建立复制
参与复制的Redis实例划分为主节点(master)和从节点(slave)。默认情况下，Redis都是主节点。每个从节点只能有一个主节点，而主节点可以同时具有多个从节点。复制的数据流是单向的，只能由主节点复制到从节点。
配置复制的方式有以下三种
1)在配置文件中加入slaveof{masterHost } {masterPort}随 Redis启动生效。
2)在redis-server启动命令后加入--slaveof{masterHost} {masterPort }生效。
3）直接使用命令:slaveof {masterHost} { masterPort}生效。
综上所述，slaveof命令在使用时，可以运行期动态配置,也可以提前写到配置文件中。
比如：我在机器上启动2台Redis, 分别是6379 和6380 两个端口。
slaveof本身是异步命令，执行slaveof命令时，节点只保存主节点信息后返回，后续复制流程在节点内部异步执行,具体细节见之后。主从节点复制成功建立后,可以使用info replication命令查看复制相关状态。
断开复制
slaveof命令不但可以建立复制，还可以在从节点执行slaveof no one来断开与主节点复制关系。例如在6881节点上执行slaveof no one来断开复制。
slaveof本身是异步命令，执行slaveof命令时，节点只保存主节点信息后返回，后续复制流程在节点内部异步执行,具体细节见之后。主从节点复制成功建立后,可以使用info replication命令查看复制相关状态。
断开复制主要流程:
1）断开与主节点复制关系。2)从节点晋升为主节点。
从节点断开复制后并不会抛弃原有数据，只是无法再获取主节点上的数据变化。
通过slaveof命令还可以实现切主操作，所谓切主是指把当前从节点对主节点的复制切换到另一个主节点。
执行slaveof{ newMasterIp} { newMasterPort}命令即可，例如把6881节点从原来的复制6880节点变为复制6879节点。
切主内部流程如下:
1)断开与旧主节点复制关系。
2）与新主节点建立复制关系。
3）删除从节点当前所有数据。
4）对新主节点进行复制操作。
只读
默认情况下，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
主从节点一般部署在不同机器上，复制时的网络延迟就成为需要考虑的问题,Redis为我们提供了repl-disable-tcp-nodelay参数用于控制是否关闭TCP_NODELAY，默认关闭，说明如下:
当关闭时，主节点产生的命令数据无论大小都会及时地发送给从节点，这样主从之间延迟会变小，但增加了网络带宽的消耗。适用于主从之间的网络环境良好的场景，如同机架或同机房部署。
当开启时，主节点会合并较小的TCP数据包从而节省带宽。默认发送时间间隔取决于Linux的内核，一般默认为40毫秒。这种配置节省了带宽但增大主从之间的延迟。适用于主从网络环境复杂或带宽紧张的场景,如跨机房部署。
Redis主从复制原理
在从节点执行slaveof命令后，复制过程便开始运作。
1）保存主节点信息
执行slaveof后从节点只保存主节点的地址信息便直接返回，这时建立复制流程还没有开始。
2）建立主从socket连接
从节点(slave)内部通过每秒运行的定时任务维护复制相关逻辑，当定时任务发现存在新的主节点后，会尝试与该节点建立网络连接。
从节点会建立一个socket套接字，专门用于接受主节点发送的复制命令。从节点连接成功后打印日志。
如果从节点无法建立连接，定时任务会无限重试直到连接成功或者执行slaveof no one取消复制。
3）发送ping命令
连接建立成功后从节点发送ping请求进行首次通信，ping请求主要目的：检测主从之间网络套接字是否可用、检测主节点当前是否可接受处理命令。
从节点发送的ping命令成功返回，Redis打印日志，并继续后续复制流程:
4）权限验证
如果主节点设置了requirepass参数，则需要密码验证，从节点必须配置masterauth参数保证与主节点相同的密码才能通过验证;如果验证失败复制将终止，从节点重新发起复制流程。
5) 同步数据集
主从复制连接正常通信后，对于首次建立复制的场景,主节点会把持有的数据全部发送给从节点，这部分操作是耗时最长的步骤。Redis在2.8版本以后采用新复制命令 psync进行数据同步，原来的sync命令依然支持，保证新旧版本的兼容性。新版同步划分两种情况:全量同步和部分同步。
6) 命令持续复制
当主节点把当前的数据同步给从节点后，便完成了复制的建立流程。接下来主节点会持续地把写命令发送给从节点,保证主从数据一致性。
Redis数据同步
Redis早期支持的复制功能只有全量复制（sync命令），它会把主节点全部数据一次性发送给从节点，当数据量较大时，会对主从节点和网络造成很大的开销。
Redis在2.8版本以后采用新复制命令psync进行数据同步，原来的sync命令依然支持，保证新旧版本的兼容性。新版同步划分两种情况:全量复制和部分复制。
全量同步
全量复制:一般用于初次复制场景，Redis早期支持的复制功能只有全量复制，它会把主节点全部数据一次性发送给从节点，当数据量较大时，会对主从节点和网络造成很大的开销。
全量复制是Redis最早支持的复制方式,也是主从第一次建立复制时必须经历的阶段。触发全量复制的命令是sync和psync。
psync全量复制流程,它与2.8以前的sync全量复制机制基本一致。
流程说明
1)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的运行ID,所以发送psync ? -1。
2）主节点根据psync ? -1解析出当前为全量复制，回复 +FULLRESYNC响应，从节点接收主节点的响应数据保存运行ID和偏移量offset，并打印日志。
3）主节点执行bgsave保存RDB 文件到本地。
4）主节点发送RDB文件给从节点，从节点把接收的RDB文件保存在本地并直接作为从节点的数据文件,接收完RDB后从节点打印相关日志，可以在日志中查看主节点发送的数据量。
5）对于从节点开始接收RDB快照到接收完成期间，主节点仍然响应读写命令，因此主节点会把这期间写命令数据保存在复制客户端缓冲区内，当从节点加载完RDB文件后，主节点再把缓冲区内的数据发送给从节点,保证主从之间数据一致性。
需要注意,对于数据量较大的主节点,比如生成的RDB文件超过6GB 以上时要格外小心。传输文件这一步操作非常耗时，速度取决于主从节点之间网络带宽
问题
通过分析全量复制的所有流程,会发现全量复制是一个非常耗时费力的操作。它的时间开销主要包括:
1、主节点bgsave时间。
2、RDB文件网络传输时间。
3、从节点清空数据时间。
4、从节点加载RDB的时间。
5、可能的AOF重写时间。
因此当数据量达到一定规模之后，由于全量复制过程中将进行多次持久化相关操作和网络数据传输，这期间会大量消耗主从节点所在服务器的CPU、内存和网络资源。
另外最大的问题，复制还会失败！！！
例如我们线上数据量在6G左右的主节点，从节点发起全量复制的总耗时在2分钟左右。
1、如果总时间超过repl-timeout所配置的值（默认60秒)，从节点将放弃接受RDB文件并清理已经下载的临时文件，导致全量复制失败。
2、如果主节点创建和传输RDB的时间过长，对于高流量写入场景非常容易造成主节点复制客户端缓冲区溢出。默认配置为
意思是如果60秒内缓冲区消耗持续大于64MB或者直接超过256MB时，主节点将直接关闭复制客户端连接，造成全量同步失败。
所以除了第一次复制时采用全量复制在所难免之外，对于其他场景应该规避全量复制的发生。正因为全量复制的成本问题。
部分同步
部分复制主要是Redis针对全量复制的过高开销做出的一种优化措施。
使用psync {runId} {offset} 命令实现
当从节点(slave)正在复制主节点（master)时，如果出现网络闪断或者命令丢失等异常情况时，从节点会向主节点要求补发丢失的命令数据，如果主节点的复制积压缓冲区内存在这部分数据则直接发送给从节点，这样就可以保持主从节点复制的一致性。
流程说明
1)当主从节点之间网络出现中断时，如果超过repl-timeout时间，主节点会认为从节点故障并中断复制连接,打印日志。如果此时从节点没有宕机，也会打印与主节点连接丢失日志。
2）主从连接中断期间主节点依然响应命令，但因复制连接中断命令无法发送给从节点,不过主节点内部存在的复制积压缓冲区，依然可以保存最近一段时间的写命令数据，默认最大缓存1MB。
3)当主从节点网络恢复后,从节点会再次连上主节点,打印日志。
4）当主从连接恢复后，由于从节点之前保存了自身已复制的偏移量和主节点的运行ID。因此会把它们当作psync参数发送给主节点，要求进行部分复制操作。
5)主节点接到psync命令后首先核对参数runId是否与自身一致,如果一致，说明之前复制的是当前主节点;之后根据参数offset在自身复制积压缓冲区查找，如果偏移量之后的数据存在缓冲区中，则对从节点发送+CONTINUE响应，表示可以进行部分复制。如果不再，则退化为全量复制。
6）主节点根据偏移量把复制积压缓冲区里的数据发送给从节点，保证主从复制进入正常状态。发送的数据量可以在主节点的日志，传递的数据远远小于全量数据。
心跳
主从节点在建立复制后,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:
1)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。
2）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。
3)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。
异步复制机制
主节点不但负责数据读写，还负责把写命令同步给从节点。写命令的发送过程是异步完成,也就是说主节点自身处理完写命令后直接返回给客户端,并不等待从节点复制完成。
由于主从复制过程是异步的，就会造成从节点的数据相对主节点存在延迟。具体延迟多少字节,我们可以在主节点执行info replication命令查看相关指标获得。
在统计信息中可以看到从节点slave信息，分别记录了从节点的ip和 port，从节点的状态，offset表示当前从节点的复制偏移量，master_repl_offset表示当前主节点的复制偏移量，两者的差值就是当前从节点复制延迟量。Redis 的复制速度取决于主从之间网络环境，repl-disable-tcp-nodelay，命令处理速度等。正常情况下，延迟在1秒以内。
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