vlambda博客
学习文章列表

Redis是开源的key-value存储系统，可作为数据库、缓存、消息组件。

Redis的作者是Salvatore Sanfilippo（网名为antirez），他在2009年开发完成并开源了Redis。

Redis由于性能极高、功能强大，迅速在业界流行，现已成为高并发系统中最常用的组件之一。 

Redis提供了多种类型的数据结构，如字符串（String）、散列（Hash）、列表（List）、集合（Set）、有序集合（Sorted Set）等。

Redis还是分布式系统，主从集群可以实现数据热备份，哨兵（Sentinel）机制可以保证主从集群高可用，Cluster集群则提供了水平扩展的能力。

Redis还提供了持久化、Lua脚本、Module模块、Stream消息流、Tracking机制等一系统强大功能，适用于各种业务场景。

Redis是一个典型的“小而美”的程序。

Redis实现简单，源码非常优雅简洁，阅读起来并不吃力，而且Redis功能齐全，涵盖了数据存储、分布式、消息流等众多特性，非常值得深入学习。

Redis中的一个重要概念就是主从复制机制。

下面详细分析Redis主从复制机制中主从握手的过程。

Redis主从复制机制中有两个角色：主节点与从节点。

主节点处理用户请求，并将数据复制给从节点。

主从复制机制主要有以下作用：

（1）数据冗余，将数据热备份到从节点，即使主节点由于磁盘损坏丢失数据，从节点依然保留数据副本。

（2）读/写分离，可以由主节点提供写服务，从节点提供读服务，提高Redis服务整体吞吐量。

（3）故障恢复，主节点故障下线后，可以手动将从节点切换为主节点，继续提供服务。

（4）高可用基础，主从复制机制是Sentinel和Cluster机制的基础，Sentinel和Cluster都实现了故障转移，即主节点故障停止后，Redis负责选择一个从节点切换为主节点，继续提供服务。

下面将主从复制流程分为三个阶段。

（2）同步阶段：从节点连接主节点后，需要先同步数据，数据达到一致（或者只有最新的变更不一致）后才进入复制阶段。

Redis支持两种同步机制：

（3）复制阶段：主节点在运行期间，将执行的写命令传播给从节点，从节点接收并执行这些命令，从而达到复制数据的效果。Redis使用的是异步复制，主节点传播命令后，并不会等待从节点返回ACK确认。异步复制的优点是低延迟和高性能，缺点是可能在短期内主从节点数据不一致。

本文中指的命令，包含命令名及执行命令的参数。

PSYNC命令涉及以下属性：

下面介绍一下Redis主从握手流程。

主从复制的机制是由从节点发起流程，我们可以发送REPLICAOF命令到某个服务器，要求它成为指定服务器的从节点：

REPLICAOF <masterip> <masterport>

或者在配置文件中添加配置REPLICAOF <masterip> <masterport>，这样Redis服务器启动后将成为指定服务器的从节点。

提示：从Redis 5开始为SLAVEOF命令提供别名REPLICAOF，这两个命令的作用一样。

下面以从节点的视角，分析主从握手的过程。

从节点握手阶段涉及以下属性。

从节点使用replicaofCommand函数处理REPLICAOF命令。

该函数执行如下逻辑：

（1）如果处理的命令是REPLICAOF NO ONE，则将当前服务器转换为主节点，取消原来的主从复制关系，退出函数。

（2）调用replicationSetMaster函数，与给定服务器建立主从复制关系。

另外，我们在配置文件中配置REPLICAOF <masterip> <masterport>，Redis加载该配置，也会将server.repl_state设置为REPL_STATE_CONNECT状态（config.c）。

从节点server.repl_state进入REPL_STATE_CONNECT状态后，主从复制流程已经开始。

serverCron时间事件负责对REPL_STATE_CONNECT状态进行处理：

int serverCron(struct aeEventLoop *eventLoop, long long id, void *clientData) { ... if (server.repl_state == REPL_STATE_CONNECT) { if (connectWithMaster() == C_OK) { serverLog(LL_NOTICE,"MASTER <-> REPLICA sync started"); } }}

调用connectWithMaster函数进行处理，该函数负责建立主从网络连接：

int connectWithMaster(void) { // [1] server.repl_transfer_s = server.tls_replication ? connCreateTLS() : connCreateSocket(); // [2] if (connConnect(server.repl_transfer_s, server.masterhost, server.masterport, NET_FIRST_BIND_ADDR, syncWithMaster) == C_ERR) { ... return C_ERR; }

 // [3] server.repl_transfer_lastio = server.unixtime; server.repl_state = REPL_STATE_CONNECTING; return C_OK;}

【1】创建一个Socket套接字。connCreateTLS函数创建TLS连接，connCreateSocket函数创建TCP连接，它们都返回套接字文件描述符。该连接是主从节点网络通信的连接，本书称之为主从连接。

【2】connConnect函数负责连接到主节点，并且在连接成功后调用syncWithMaster函数。

【3】从节点server.repl_state进入REPL_STATE_CONNECTING状态。

网络连接成功后，从节点调用syncWithMaster函数，进入握手阶段：

void syncWithMaster(connection *conn) { char tmpfile[256], *err = NULL; int dfd = -1, maxtries = 5; int psync_result; ... // [1] if (server.repl_state == REPL_STATE_CONNECTING) { connSetReadHandler(conn, syncWithMaster); connSetWriteHandler(conn, NULL); server.repl_state = REPL_STATE_RECEIVE_PONG; err = sendSynchronousCommand(SYNC_CMD_WRITE,conn,"PING",NULL); if (err) goto write_error; return; } ... // [2] if (server.repl_state != REPL_STATE_RECEIVE_PSYNC) { goto error; }

 // more}

【1】根据server.repl_state状态，执行对应操作。

从节点发送给主节点的信息，主节点会记录在从节点客户端，并在INFO命令中输出这些信息。另外，Sentinel模块需要从主节点INFO命令响应中获取这些从节点信息。

【2】执行到这里，主从握手阶段已经完成。server.repl_state必须处于REPL_STATE_ RECEIVE_PSYNC状态，否则报错。

下面使用Linux tcpdump工具抓取主从连接报文，分析主从节点握手阶段的通信内容（主节点端口为6000）：

tcpdump tcp -i lo -nn port 6000 -T RESP

tcpdump支持RESP协议，最后一个选项-T RESP要求tcpdump以RESP协议格式解析报文。

其中6000端口为主节点端口，60374端口为从节点通信端口。从tcpdump的输出可以清晰地看到主从节点在握手阶段的通信内容。

提示：tcpdump解析后的RESP内容并不会展示数据类型的标志符，如主节点对从节点PING命令的响应实际上是“-NOAUTH Authentication required.”，请读者阅读源码时注意。

以主节点视角分析握手阶段，主节点不断处理来自从节点的命令（包括PING、AUTH、REPLCONF），感兴趣的读者可自行阅读代码。

Redis主从握手流程到此就分析完毕了。

本内容摘自《Redis核心原理与实践》，想了解更多关于Redis的内容，欢迎阅读此书。

▊《Redis核心原理与实践》

梁国斌 著

快快拉上你的小伙伴参与进来吧~~

 
   
   
 

  
  
    
    
  

 
   
   
 


 
   
   
 

  
    
    
  如果喜欢本文
 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  欢迎 在看丨留言丨分享至朋友圈 三连
  
    
    
  
 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  ▼点击阅读原文，查看本书详情~