在Redis的持久化中曾提到，Redis高可用的方案包括持久化、主从复制（及读写分离）、哨兵和集群。其中持久化侧重解决的是Redis数据的单机备份问题（从内存到硬盘的备份）；而主从复制则侧重解决数据的多机热备。此外，主从复制还可以实现负载均衡和故障恢复。
这篇文章中，将详细介绍Redis主从复制的方方面面，包括：如何使用主从复制、主从复制的原理（重点是全量复制和部分复制、以及心跳机制）、实际应用中需要注意的问题（如数据不一致问题、复制超时问题、复制缓冲区溢出问题）、主从复制相关的配置（重点是repl-timeout、client-output-buffer-limit slave）等。
什么是主从复制？
如果我们只在一台机子上面部署了Redis服务，这个时候就是单机，单机往往会伴随着一些问题：
- 机器故障（主板、CPU等）需要高可用解决
- 容量瓶颈（服务需要更多的内存）需要分布式解决
- QPS瓶颈（比单机10万QPS更高的QPS的时候，单机就会有瓶颈）需要分布式解决
主从复制概述
主从复制，是指将一台Redis服务器的数据，复制到其他的Redis服务器。前者称为主节点(master)，后者称为从节点(slave)；数据的复制是单向的，只能由主节点到从节点。
默认情况下，每台Redis服务器都是主节点；且一个主节点可以有多个从节点(或没有从节点)，但一个从节点只能有一个主节点，从节点也可以有自己的从节点。
主从复制的作用
主从复制的作用主要包括：
- 数据冗余：主从复制实现了数据的热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式。
- 故障恢复：当主节点出现问题时，可以由从节点提供服务，实现快速的故障恢复；实际上是一种服务的冗余。
- 负载均衡：在主从复制的基础上，配合读写分离，可以由主节点提供写服务，由从节点提供读服务（即写Redis数据时应用连接主节点，读Redis数据时应用连接从节点），分担服务器负载；尤其是在写少读多的场景下，通过多个从节点分担读负载，可以大大提高Redis服务器的并发量。
- 高可用基石：除了上述作用以外，主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础，因此说主从复制是Redis高可用的基础。
复制的配置
建立复制
需要注意，主从复制的开启，完全是在从节点发起的；不需要我们在主节点做任何事情。
从节点开启主从复制，有3种方式：
（1）配置文件
在从服务器的配置文件中加入：slaveof <masterip> <masterport>
除此之外需要设置从节点只读：slave-read-only yes（设置从节点只能读，不能写,否则写入从节点的数据,主不会知道，造成数据不同步）
（2）启动命令
redis-server启动命令后加入--slaveof <masterip> <masterport>
（3）客户端命令
Redis服务器启动后，直接通过客户端执行命令：slaveof <masterip> <masterport>，则该Redis实例成为从节点。
上述3种方式是等效的，下面以客户端命令的方式为例，看一下当执行了slaveof后，Redis主节点和从节点的变化。
slaveof创建主从,该命令是异步的,返回OK,但不代表操作已完成
实例
准备工作：启动两个节点
方便起见，实验所使用的主从节点是在一台机器上的不同Redis实例，其中主节点监听6379端口，从节点监听6380端口；从节点监听的端口号可以在配置文件中修改：
1 | port 6380 |
两个Redis节点启动后（分别称为6379节点和6380节点），默认都是主节点。
1 | redis-cli -p 6379 |
1 | redis-cli -p 6380 |
建立复制
此时在6380节点执行slaveof命令，使之变为从节点：
1 | 127.0.0.1:6380> SLAVEOF 127.0.0.1 6379 |
上图是执行完slaveof之后master节点的日志输出
通过RDB生成文件 然后传输给 从节点的
上图是执行完slaveof之后slave节点的日志输出
在变成从节点之前 清空本地所有数据
1 | 127.0.0.1:6379> info replication |
1 | 127.0.0.1:6380> info replication |
观察效果
下面验证一下，在主从复制建立后，主节点的数据会复制到从节点中。
（1）首先在从节点查询一个不存在的key：
1 | 127.0.0.1:6380> get somekey |
（2）然后在主节点中增加这个key：
1 | 127.0.0.1:6379> set somekey somevalue |
（3）此时在从节点中再次查询这个key，会发现主节点的操作已经同步至从节点：
1 | 127.0.0.1:6380> get somekey |
（4）然后在主节点删除这个key：
1 | 127.0.0.1:6379> DEL somekey |
（5）此时在从节点中再次查询这个key，会发现主节点的操作已经同步至从节点：
1 | 127.0.0.1:6380> get somekey |
断开复制
通过slaveof <masterip> <masterport>命令建立主从复制关系以后，可以通过slaveof no one断开。需要注意的是，从节点断开复制后，不会删除已有的数据，只是不再接受主节点新的数据变化。
从节点执行slaveof no one后，打印日志如下所示；可以看出断开复制后，从节点又变回为主节点。
1 | 127.0.0.1:6380> SLAVEOF no one |
主节点的断开日志
从节点的断开日志
slaveof no one删除主从，返回OK，但数据并不会删除,只是连接断开。如果又重新创建一个主,则第一步会把改从节点的所有数据先清除
主从复制的实现原理
主从复制过程大体可以分为3个阶段：连接建立阶段（即准备阶段）、数据同步阶段、命令传播阶段；下面分别进行介绍。
1. 连接建立阶段
该阶段的主要作用是在主从节点之间建立连接，为数据同步做好准备。
步骤1：保存主节点信息
从节点服务器内部维护了两个字段，即masterhost和masterport字段，用于存储主节点的ip和port信息。
需要注意的是，slaveof是异步命令，从节点完成主节点ip和port的保存后，向发送slaveof命令的客户端直接返回OK，实际的复制操作在这之后才开始进行。
这个过程中，可以看到从节点打印日志如下：
1 | 68518:S 19 Aug 00:31:25.162 * SLAVE OF 127.0.0.1:6379 enabled (user request from 'id=2 addr=127.0.0.1:58189 fd=8 name= age=14 idle=0 flags=N db=0 sub=0 psub=0 multi=-1 qbuf=0 qbuf-free=32768 obl=0 oll=0 omem=0 events=r cmd=slaveof') |
步骤2：建立socket连接
从节点每秒1次调用复制定时函数replicationCron()，如果发现了有主节点可以连接，便会根据主节点的ip和port，创建socket连接。如果连接成功，则：
从节点：为该socket建立一个专门处理复制工作的文件事件处理器，负责后续的复制工作，如接收RDB文件、接收命令传播等。
主节点：接收到从节点的socket连接后（即accept之后），为该socket创建相应的客户端状态，并将从节点看做是连接到主节点的一个客户端，后面的步骤会以从节点向主节点发送命令请求的形式来进行。
这个过程中，从节点打印日志如下:
1 | 68518:S 19 Aug 00:31:25.395 * Connecting to MASTER 127.0.0.1:6379 |
步骤3：发送ping命令
从节点成为主节点的客户端之后，发送ping命令进行首次请求，目的是：检查socket连接是否可用，以及主节点当前是否能够处理请求。
从节点发送ping命令后，可能出现3种情况：
（1）返回pong：说明socket连接正常，且主节点当前可以处理请求，复制过程继续。
（2）超时：一定时间后从节点仍未收到主节点的回复，说明socket连接不可用，则从节点断开socket连接，并重连。
（3）返回pong以外的结果：如果主节点返回其他结果，如正在处理超时运行的脚本，说明主节点当前无法处理命令，则从节点断开socket连接，并重连。
在主节点返回pong情况下，从节点打印日志如下：
1 | 68518:S 19 Aug 00:31:25.396 * Non blocking connect for SYNC fired the event. |
步骤4：身份验证
如果从节点中设置了masterauth选项，则从节点需要向主节点进行身份验证；没有设置该选项，则不需要验证。从节点进行身份验证是通过向主节点发送auth命令进行的，auth命令的参数即为配置文件中的masterauth的值。
如果主节点设置密码的状态，与从节点masterauth的状态一致（一致是指都存在，且密码相同，或者都不存在），则身份验证通过，复制过程继续；如果不一致，则从节点断开socket连接，并重连。
步骤5：发送从节点端口信息
身份验证之后，从节点会向主节点发送其监听的端口号（前述例子中为6380），主节点将该信息保存到该从节点对应的客户端的slave_listening_port字段中；该端口信息除了在主节点中执行info Replication时显示以外，没有其他作用。
2. 数据同步阶段
主从节点之间的连接建立以后，便可以开始进行数据同步，该阶段可以理解为从节点数据的初始化。具体执行的方式是：从节点向主节点发送psync命令（Redis2.8以前是sync命令），开始同步。
数据同步阶段是主从复制最核心的阶段，根据主从节点当前状态的不同，可以分为全量复制和部分复制，下面会专门讲解这两种复制方式以及psync命令的执行过程。
需要注意的是，在数据同步阶段之前，从节点是主节点的客户端，主节点不是从节点的客户端；而到了这一阶段及以后，主从节点互为客户端。原因在于：在此之前，主节点只需要响应从节点的请求即可，不需要主动发请求，而在数据同步阶段和后面的命令传播阶段，主节点需要主动向从节点发送请求（如推送缓冲区中的写命令），才能完成复制。
3. 命令传播阶段
数据同步阶段完成后，主从节点进入命令传播阶段；在这个阶段主节点将自己执行的写命令发送给从节点，从节点接收命令并执行，从而保证主从节点数据的一致性。
在命令传播阶段，除了发送写命令，主从节点还维持着心跳机制：PING和REPLCONF ACK。由于心跳机制的原理涉及部分复制，因此将在介绍了部分复制的相关内容后单独介绍该心跳机制。
延迟与不一致
需要注意的是，命令传播是异步的过程，即主节点发送写命令后并不会等待从节点的回复；因此实际上主从节点之间很难保持实时的一致性，延迟在所难免。数据不一致的程度，与主从节点之间的网络状况、主节点写命令的执行频率、以及主节点中的repl-disable-tcp-nodelay配置等有关。
repl-disable-tcp-nodelay no：该配置作用于命令传播阶段，控制主节点是否禁止与从节点的TCP_NODELAY；默认no，即不禁止TCP_NODELAY。当设置为yes时，TCP会对包进行合并从而减少带宽，但是发送的频率会降低，从节点数据延迟增加，一致性变差；具体发送频率与Linux内核的配置有关，默认配置为40ms。当设置为no时，TCP会立马将主节点的数据发送给从节点，带宽增加但延迟变小。
一般来说，只有当应用对Redis数据不一致的容忍度较高，且主从节点之间网络状况不好时，才会设置为yes；多数情况使用默认值no。
