Redis-replicate

Redis的复制功能分为同步和命令传播两个操作：

同步：全量更新，将从服务器的数据库状态更新至主服务器当前所处的数据库状态
命令传播：增量更新，用于在主服务器的数据库状态被修改，导致主从服务器的数据库状态出现不一致时，让主从服务器的数据库重新回到一致状态。

同步

当增加一个从节点时，需要客户端向从服务器发送 SLAVEOF 命令，要求从服务器复制主服务器。此时从服务器首先需要执行同步操作，将数据库的状态更新至主服务器当前所处的数据库状态

从服务器对主服务器的同步操作需要通过向主服务器发送SYNC命令来完成，以下是SYNC命令的执行步骤：

从服务器向主服务器发送SYNC命令。
收到SYNC命令的主服务器执行BGSAVE命令，在后台生成一个RDB文件，并使用一个缓冲区记录从现在开始执行的所有写命令。
当主服务器的BGSAVE命令执行完毕时，主服务器会将BGSAVE命令生成的RDB文件发送给从服务器，从服务器接收并载入这个RDB文件，将自己的数据库状态更新至主服务器执行BGSAVE命令时的数据库状态。
主服务器将记录在缓冲区里面的所有写命令发送给从服务器，从服务器执行这些写命令，将自己的数据库状态更新至主服务器数据库当前所处的状态。

命令传播

在同步完成之后，主从服务器的数据将达到一致的状态。但是当向主服务器发送增删改等操作时，主从服务器就会出现不一致。

为了让主从服务器再次回到一致状态，主服务器需要对从服务器执行命令传播操作：主服务器会将自己执行的写命令，也即是造成主从服务器不一致的那条写命令，发送给从服务器执行，当从服务器执行了相同的写命令之后，主从服务器将再次回到一致状态。

断线重连

在老版的 Redis中，如果主从发生了断线的情况，在重连时需要从服务器再次向主服务器发送 SYNC 命令进行全量更新，从而产生大量的资源浪费。从2.8版本开始，使用 PSYNC 命令来代替 SYNC 命令来执行同步操作

PSYNC 命令具有完整重同步和部分重同步两种模式：

完整重同步：用于处理初次复制情况，与 SYNC 命令执行步骤基本一样
部分重同步：用于处理断线后重复制的情况。当从服务器在断线后重新连接主服务器时，如果条件允许，主服务器可以将主从服务器连接断开期间执行的写命令发送给从服务器，从服务器只要接收并执行这些写命令，就可以将数据库更新至主服务器当前所处的状态。

PSYNC命令的部分重同步模式解决了旧版复制功能在处理断线后重复制时出现的低效情况

部分重同步

部分重同步功能主要由以下三个部分实现

主服务器的复制偏移量（replication offset）和从服务器的复制偏移量。
主服务器的复制积压缓冲区（replication backlog）。
服务器的运行ID（run ID）。

复制偏移量

主服务器和从服务器都会维护一个复制偏移量：

主服务器每次向从服务器传播N个字节的数据时，就将自己的复制偏移量的值加上N
从服务器每次收到主服务器传播来的N个字节的数据时，就将自己的复制偏移量的值加上N

复制积压缓冲区

复制积压缓冲区是由主服务器维护的一个固定长度（fixed-size）先进先出（FIFO）队列，默认大小为1MB。

当主服务器进行命令传播时，它不仅会将写命令发送给所有从服务器，还会将写命令入队到复制积压缓冲区里面

因此，主服务器的复制积压缓冲区里面会保存着一部分最近传播的写命令，并且复制积压缓冲区会为队列中的每个字节记录相应的复制偏移量。

偏移量	…	10001	10002	10003	10004	10005	10006	10007	…
字节值	…	‘*’	3	‘\n’	‘$’	3	‘\r’	‘\n’	…

当从服务器断线重连时，会通过 PSYNC 命令将自己的复制偏移量发送给主服务器，主服务器会根据该偏移量决定对从服务器执行何种操作：

如果偏移量之后的数据仍然存在于复制积压缓冲区中，那么主服务器对从服务器执行部分重同步操作
相反，如果偏移量之后的数据不存在于缓冲区中，则执行完整重同步操作

服务器运行ID

除了复制偏移量和复制积压缓冲区之外，实现部分重同步还需要用到服务器运行ID：

每个Redis服务器都会有自己的运行ID
运行ID在服务器启动时自动生成，由40个随机的十六进制字符组成

当从服务器对主服务器进行初次复制时，主服务器会将自己的运行ID传给从服务器

当从服务器断线重连时，从服务器将向当前连接的主服务器发送之前保存的主服务运行ID：

如果从服务器保存的运行ID和当前连接的主服务器的运行ID相同，那么说明从服务器断线之前复制的就是当前连接的这个主服务器，主服务器可以继续尝试执行部分重同步操作。
如果从服务器保存的运行ID和当前连接的主服务器的运行ID并不相同，那么说明从服务器断线之前复制的主服务器并不是当前连接的这个主服务器，主服务器将对从服务器执行完整重同步操作。

心跳检测

在命令传播阶段，从服务器默认会以每秒一次的频率，向主服务器发送命令：REPLCONF ACK <replication_offset>，其中 replication_offset 是从服务器当前的复制偏移量

发送 REPLCONF ACK 命令对主从服务器有三个作用：

检测主从服务器的网络连接状态
辅助实现 min-slaves 选项
检测命令丢失

检测主从服务器的网络连接状态

主从服务器可以通过发送和接收REPLCONF ACK命令来检查两者之间的网络连接是否正常：如果主服务器超过一秒钟没有收到从服务器发来的REPLCONF ACK命令，那么主服务器就知道主从服务器之间的连接出现问题了。

辅助实现 min-slaves 配置选项

Redis的min-slaves-to-write和min-slaves-max-lag两个选项可以防止主服务器在不安全的情况下执行写命令。
举个例子，如果我们向主服务器提供以下设置：

1 2	min-slaves-to-write 3 min-slaves-max-lag 10

那么在从服务器的数量少于3个，或者三个从服务器的延迟（lag）值都大于或等于10秒时，主服务器将拒绝执行写命令，这里的延迟值就是上面提到的INFO replication命令的lag值。

检测命令丢失

如果因为网络故障，主服务器传播给从服务器的写命令在半路丢失，那么当从服务器向主服务器发送REPLCONF ACK命令时，主服务器将发觉从服务器当前的复制偏移量少于自己的复制偏移量，然后主服务器就会根据从服务器提交的复制偏移量，在复制积压缓冲区里面找到从服务器缺少的数据，并将这些数据重新发送给从服务器。

总结

Redis 2.8以前的复制功能不能高效地处理断线后重复制情况，但Redis 2.8新添加的部分重同步功能可以解决这个问题。
部分重同步通过复制偏移量、复制积压缓冲区、服务器运行ID三个部分来实现。
在复制操作刚开始的时候，从服务器会成为主服务器的客户端，并通过向主服务器发送命令请求来执行复制步骤，而在复制操作的后期，主从服务器会互相成为对方的客户端。
主服务器通过向从服务器传播命令来更新从服务器的状态，保持主从服务器一致，而从服务器则通过向主服务器发送命令来进行心跳检测，以及命令丢失检测。