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0x01、Redis 主从复制的实现原理是什么？

news 来源：原创 2025/9/11 9:56:49

Redis 主从复制概述

Redis 的主从复制是一种机制，允许一个主节点（主实例）将数据复制到一个或多个从节点（从实例）。通过这一机制，从节点可以获取主节点的数据并与之保持同步。

复制流程
  1. 开始同步：从节点通过向主节点发送 PSYNC 命令请求同步。
  2. 全量复制：如果是第一次连接或之前的连接失效，从节点会请求进行全量复制，主节点会将当前数据快照（RDB 文件）发送给从节点。
  3. 增量复制：全量复制完成后，主从之间保持一个长连接，主节点会通过此连接将后续的写操作传递给从节点，从而确保数据一致性。

Redis 主从架构

下图展示了一个 Redis 主从架构：

复制
复制
Redis 主
Redis 从
Redis 从

在这一架构中，仅主节点可以进行写入操作，而其他从节点通过复制来保持数据的一致性。这种机制不仅保障了数据一致性，还通过将读请求分散到多个节点，提高了系统的吞吐量和可用性。

写请求
读请求
读请求
复制
复制
客户端
redis主
redis从
redis从

主从复制原理详解

Redis 的主从复制主要有两种同步方式：全量同步和增量同步。

1. 全量同步

下图描述了全量同步的流程：

主节点 从节点 psync ? -1 fullresync runid offset 执行 bgsave 传输 rdb 存储 runid offset 清空本地数据\n加载 rdb 加载完毕 缓存的新写入命令\nreplication buffer 同步缓存的新写操作 执行写入命令 主节点 从节点
  • 流程：
    • 从节点发送命令 psync ? -1 触发全量同步请求。
    • 主节点接收到请求后，发现从节点传递的 run ID 为“？”（表示未知），因此判断为需要进行全量同步，并返回其自身的 run ID 以及当前的复制进度。
    • 主节点执行 bgsave 生成 RDB 文件，同时将新接收到的写入命令存储在一个名为 replication buffer 的临时缓冲区中。
    • RDB 文件生成完成后，主节点将其发送给从节点，从节点在接收后清空旧数据并加载新的 RDB 数据。
    • 加载完成后，主节点将 replication buffer 中缓存的写入命令发送给从节点，以确保数据的一致性。
2. 增量同步
  • 背景：在网络不稳定的情况下，主节点的一部分写操作可能未能成功传递给从节点。全量同步的数据量较大且耗时，因此 Redis 引入了增量同步（从 Redis 2.8 版本开始）。
  • 使用 repl_backlog_buffer：
    • repl_backlog_buffer 是一个环形缓冲区，默认大小为 1 MB，用于存储主节点最近的写入命令。
    • 当从节点重新连接时，如果它的 run ID 与主节点一致，并且 offset 值在 repl_backlog_buffer 中，主节点将从缓冲区中查找相应的命令并发送给从节点，以实现增量同步。

replication buffer 与 repl_backlog_buffer 的区别

  • replication buffer：

    • 每个从节点都有一个独立的 replication buffer，用于实时传输写命令。其大小是动态调整的。可以通过配置 client-output-buffer-limit 来控制其大小，以防止缓冲区过大导致的连接问题。

  • repl_backlog_buffer：

    • repl_backlog_buffer 在主节点上是唯一的，主要用于存储最近的写命令，以便从节点在重新连接时能够进行部分重同步。该缓冲区的大小是固定的，主要用于支持增量同步。

通过以上设计，Redis 能够实现高可用性和高性能的数据管理。

当然可以！下面是你要的 Markdown 格式：题目和选项部分在前，所有答案和解析统一放在最后，方便做题和核对。

Redis 主从复制选择题（共 5 题）

1. 在 Redis 主从复制中，如果从节点是第一次连接主节点，或者之前的连接失效，从节点会如何进行同步？
A. 从节点会请求全量复制，主节点将当前数据快照（RDB 文件）发送给从节点  
B. 从节点会请求全量复制，主节点将当前内存快照以流的形式发送  
C. 从节点会请求主节点的 AOF 日志文件  
D. 从节点请求主节点的 replication buffer 中的数据
2. Redis 主从复制中，以下哪个缓冲区是用于存储最近的写命令，并用于从节点重新连接进行部分重同步？
A. replication buffer  
B. client-output-buffer-limit  
C. repl_backlog_buffer  
D. psync命令缓冲区
3. 如何避免 Redis 主从复制中频繁进行全量同步？
A. 增强主节点内存大小  
B. 增加从节点数量  
C. 增加 repl_backlog_buffer 和 client-output-buffer-limit 的大小  
D. 增加主节点 CPU 数量
4. 对于从节点延迟较大的情况，如何控制从节点使用的内存缓冲？
A. 调整主节点的 RDB 文件生成频率  
B. 限制从节点的 client-output-buffer-limit  
C. 调整 client-output-buffer-limit 控制主节点的 replication buffer 大小  
D. 增加网络带宽
5. 当增量同步失败后，为什么 Redis 会选择进行全量同步？
A. repl_backlog_buffer 中的数据已经被覆盖  
B. repl_backlog_buffer 中的数据被误删  
C. 主节点丢失了队列内的 runid  
D. 从节点数据损坏

✅ 答案与解析

1. 正确答案：A
解析：当从节点首次连接或失联重新连接时，主节点会向其发送全量数据快照（RDB 文件）进行同步。

2. 正确答案：C
解析：repl_backlog_buffer 是用于部分同步的缓冲区，记录最近的写命令。

3. 正确答案：C
解析：增加相关 buffer 的大小可以有效避免 offset 被覆盖，从而减少全量同步频率。

4. 正确答案：B
解析：client-output-buffer-limit 控制从节点在主节点上的输出缓存，限制可避免资源过度消耗。

5. 正确答案：A
解析：如果从节点 offset 太旧，而 repl_backlog_buffer 已被覆盖，则只能重新进行全量同步。

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