redis 主从库如何实现数据一致？

使用 AOF 和 RDB，如果 redis 发生了宕机，可以分别通过回放日志和重新读入 RDB 快照来恢复数据，保证尽量少丢失数据，提升可靠性。但如果只有一个 redis 实例，这个 redis 不幸宕机了，在它恢复期间，就无法服务新来的数据存取请求。
因此，redis 提供了主从库模式，以保证数据副本的一致，主从库之间采用的是读写分离的方式。

• 读：主、从库都可以接收；
• 写：首先到主库执行，然后主库将写操作同步到从库。

采用读写分离的原因：如果不管主库还是从库，都能接收客户端的写操作，那么可能客户端对同一个数据前后修改了三次，每次修改的请求都发送到不同的实例上，在不同的实例上执行，那么这个数据在这三个实例上的副本就不一致了。这个时候读取这个数据，就可能读取到旧的值。如果采取加锁的方式来完成修改一致性，就会带来巨额的开销。所以采用读写分离的方式，所有数据的修改只在主库上进行，再同步给从库，这样，主从库的数据就是一致的。

主从库间如何进行第一次同步？

当我们启动多个 redis 实例的时候，它们之间可以通过 replicaof（redis5.0之前使用slaveof）命令形成主从库的关系，之后会按照三个阶段完成数据的第一次同步。如下图所示：

第一阶段是主从库间建立连接、协商同步的工程，主要是为全量复制做准备。在这一步，主从库建立起连接，并告诉主库即将进行同步，主库确认回复后，主从库间就可以开始同步了。

从库给主库发送 psync 命令，表示要进行数据同步，主库根据这个命令的参数来启动复制。psync 命令包括了主库的 runID 和复制进度 offet 两个参数。

• runID，是每个 redis 实例启动时都会自动生成一个随机ID，用来唯一标记这个实例。当主从库第一次复制时，因为不知道主库的 runID，所以将 runID 设为 “？”。
• offset，此时设为 -1，表示第一次复制。

主库收到 psync 命令后，会用 FULLRESYNC 响应命令带上两个参数：主库 runID 和主库目前的复制进度 offset，返回给从库。从库收到响应后，会记录下这两个参数。FULLRESYNC 表示第一次复制采用全量复制，主库会把当前所有的数据复制给从库。

第二阶段主库将所有数据同步给从库。从库收到数据后，在本地完成数据加载。这个过程依赖 RDB 快照文件。

主库执行 bgsave 命令，生成 RDB 文件，将文件发给从库。从库接收到 RDB 文件后，会先清空当前数据库，然后加载 RDB 文件。这是因为从库在通过 replicaof 命令开始和主库同步前，可能保存了其他数据。为了避免之前数据的影响，从库需要先把当前数据库清空。

在主库将数据同步给从库的过程中，主库不会被阻塞，仍然可以正常接收请求。但是这些请求中的写操作并没有记录到刚刚生成的 RDB 文件。为了保证主从库的数据一致性，主库会在内存中用专门的 replication buffer，记录 RDB 文件生成后收到的所有写操作。

第三阶段，主库把第二阶段新收到的写命令，再发送给从库。当主库完成 RDB 文件发送后，就会把此时 replication buffer 中的修改操作发送给从库，从库再重新执行这些操作。这样，主从库就实现了同步。

主从级联模式分担全量复制时的主库压力

一次全量复制，对于主库来说，需要完成两个耗时的操作：生成 RDB 文件和传输 RDB 文件。

如果从库的数量很多，都要和主库进行全量复制的话，就会导致主库忙于 fork 子进程生成 RDB 文件，进行数据全量同步。fork 这个操作会阻塞主线程处理正常的请求，从而导致主库响应请求变慢。此外，传输 RDB 文件也会占用主库的网络带宽，同样会给主库的资源带来压力。那么，有没有好的解决方法分担主库压力呢？

这就是“主 - 从 - 从”模式。
在部署主从集群的时候，手动选择一个从库（内存资源配置比较高的），然后选择一些从库，让它们和刚才所选的从库建立起主从关系。这样，这些从库就不用再和主库进行交互了，只要和级联的从库进行写操作同步就可以了。如下图所示：

一旦主从库完成了全量复制，它们之间就会一致维护一个网络连接，主库通过这个连接将后续收到的命令同步给从库，这个过程称为基于长连接的命令传播，可以避免频繁建立连接的开销。

但这个过程存在的风险点就是网络断连或阻塞。如果网络断连，主从库之间就无法进行命令传播，从库的数据自然就没办法和主库保持一致了，客户端就有可能从从库读到旧数据。

主从库网络断连了怎么办？

在 redis2.8 之前，主从库网络断连后，从库和主库之间会进行一次全量复制，开销非常大。

redis2.8 之后，网络断了后，主从库采用增量复制的方式继续同步。

当主从库断连后，主库会把断连期间收到的写操作命令，写入 replication buffer，同时也会把这些操作命令写入 repl_backlog_buffer 这个缓冲区。

repl_backlog_buffer 是一个环形缓冲区，主库会记录自己写到的位置，从库则会记录自己已经读到的位置。

刚开始时，主从库的写读位置在一起，随着主库不断接收新的写操作，它在缓冲区的写位置会逐步偏离起始位置，对应的偏移量就是 master_repl_offset。主库新写操作越多，这个值就会越大。同样从库在复制完写操作命令后，它在缓冲区的读位置也开始逐步偏移起始位置，对应的偏移量 slave_repl_offset。

主从库连接恢复后，从库首先给主库发送 psync 命令，并把自己当前的 slave_repl_offset 发给主库，主库判断自己的 master_repl_offset 和 salve_repl_offset 之间的差距，然后把这之间不同的操作命令发送给从库就行。

不过由于 repl_backlog_buffer 是一个环形缓冲区，在写满后继续写入的话，就会覆盖之前写入的操作。如果从库的读取速度比较慢，就有可能导致从库还未读取的操作被新库的写操作覆盖了，这会导致主从库间的数据不一致。

要想避免这一情况，我们可以调整 repl_backlog_size 这个参数值，一般调为缓冲空间的2倍。缓冲空间计算：主库命令写入速度 * 操作大小 - 主从间网络命令传输速度 * 操作大小。比如，如果主库每秒写入 2000 个操作，每个操作大小为 2kb，网络每秒能传输 1000 个操作，那么就有 1000 个操作需要缓冲起来，这就至少需要 2MB 的缓冲空间。为了应对突来的压力，最终把 repl_backlog_size 设为 4MB。