Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的内存数据结构存储系统，广泛用于缓存、消息队列和实时数据处理等场景

1. 主要特性

• 数据结构支持：Redis 支持多种数据结构，包括字符串（String）、哈希（Hash）、列表（List）、集合（Set）、有序集合（Sorted Set）、位图（Bitmap）、HyperLogLog、地理空间索引（Geospatial Indexes）和流（Stream）。
• 持久化：Redis 提供了多种持久化机制，包括 RDB（Redis Database）快照和 AOF（Append-Only File）日志。RDB 生成数据快照并保存到磁盘，而 AOF 记录每个写操作并在重启时重放。
• 高可用性和分布式：Redis 支持主从复制（Replication），允许数据从主节点复制到一个或多个从节点。Redis Sentinel 提供高可用性监控和自动故障转移。Redis Cluster 提供分布式存储和自动分片，支持大规模数据集和高吞吐量。
• 事务：Redis 支持事务，通过 MULTI、EXEC、DISCARD 和 WATCH 命令实现。
• Lua 脚本：Redis 支持 Lua 脚本，可以在服务器端执行复杂的操作，保证原子性。
• 内存管理：Redis 主要在内存中存储数据，提供高性能的数据访问。可以配置最大内存使用量，并支持多种内存淘汰策略。

2. 使用场景

• 缓存：Redis 常用于缓存层，提供快速的数据读取和写入，减少数据库负载。
• 消息队列：Redis 支持发布/订阅（Pub/Sub）模式和列表操作，可以用作消息队列系统。
• 会话存储：Redis 可以用来存储用户会话信息，提供快速的会话数据访问。
• 实时分析：Redis 支持实时数据处理和分析，适用于实时统计和监控系统。
• 排行榜：Redis 的有序集合（Sorted Set）非常适合实现排行榜功能。

Redis 主从同步（Replication）是 Redis 提供的一种数据复制机制，允许一个 Redis 实例（主节点）将数据复制到一个或多个 Redis 实例（从节点）。这种机制可以用于数据冗余、负载均衡和高可用性。以下是 Redis 主从同步的实现原理：

3. 主从同步的基本流程

• 从节点发送同步请求：当从节点启动时，它会向主节点发送 PSYNC 命令，请求进行同步。
• 主节点处理同步请求：主节点收到 PSYNC 命令后，会根据从节点的状态决定是进行增量同步（Partial Resynchronization）还是全量同步（Full Resynchronization）。
• 全量同步：如果从节点是第一次同步，或者主节点无法进行部分重同步，主节点会执行全量重同步。主节点会生成一个 RDB 快照文件，并将其发送给从节点。从节点接收到 RDB 文件后，会加载数据到内存中。在 RDB 文件传输过程中，主节点会将新的写操作记录到一个缓冲区中。RDB 文件传输完成后，主节点会将缓冲区中的写操作发送给从节点，以确保从节点的数据与主节点一致。
• 增量同步：如果从节点之前已经同步过，并且主节点的复制积压缓冲区（Replication Backlog）中仍然保留有从节点缺失的数据，主节点会执行部分重同步。主节点会将从节点缺失的数据从复制积压缓冲区中取出，并发送给从节点。
• 命令传播：同步完成后，主节点会将所有新的写操作命令实时发送给从节点，从节点执行这些命令以保持数据一致。

4. 主从同步的实现细节

以下是 Redis 主从同步的实现细节，结合代码片段进行解释：

4.1. 从节点发送同步请求

从节点启动时，会向主节点发送 PSYNC 命令：

/* Send PSYNC command to master. */
void replicationSendPSYNC(redisMaster *master) {
    // 发送 PSYNC 命令
    if (master->repl_state == REPL_STATE_CONNECTING) {
        // 发送 PSYNC 命令
        if (sendCommandToMaster(master, "PSYNC", master->replid, master->repl_offset) == C_OK) {
            master->repl_state = REPL_STATE_WAIT_BGSAVE_START;
        }
    }
}

4.2. 主节点处理同步请求

主节点收到 PSYNC 命令后，会根据从节点的状态决定是进行部分重同步还是全量重同步：

/* PSYNC command received from a replica. */
void syncCommand(client *c) {
    // 处理 PSYNC 命令
    if (strcasecmp(c->argv[1]->ptr, "PSYNC") == 0) {
        // 处理部分重同步或全量重同步
        if (handlePartialResynchronization(c) == C_OK) {
            return;
        } else {
            startBgsaveForReplication(c);
        }
    }
}

4.3. 全量同步

如果需要进行全量重同步，主节点会生成 RDB 快照文件，并将其发送给从节点：

/* Start a BGSAVE for replication. */
void startBgsaveForReplication(client *c) {
    // 生成 RDB 快照文件
    if (rdbSaveBackground(server.rdb_filename) == C_OK) {
        // 发送 RDB 文件给从节点
        sendBulkToSlave(c);
    }
}

4.4. 增量同步

如果可以进行部分重同步，主节点会将从节点缺失的数据从复制积压缓冲区中取出，并发送给从节点：

/* Handle PSYNC command for partial resynchronization. */
int handlePartialResynchronization(client *c) {
    // 从复制积压缓冲区中取出缺失的数据
    if (canPartialResync(c)) {
        sendBulkToSlave(c);
        return C_OK;
    }
    return C_ERR;
}

4.5. 命令传播

同步完成后，主节点会将所有新的写操作命令实时发送给从节点：

/* Propagate write commands to replicas. */
void replicationFeedSlaves(list *slaves, int dictid, robj **argv, int argc) {
    // 将写操作命令发送给从节点
    listIter li;
    listNode *ln;
    listRewind(slaves, &li);
    while ((ln = listNext(&li))) {
        client *slave = ln->value;
        addReplyMultiBulkLen(slave, argc);
        for (int j = 0; j < argc; j++) {
            addReplyBulk(slave, argv[j]);
        }
    }
}

5. 总结

Redis 主从同步通过 PSYNC 命令实现，主节点根据从节点的状态决定是进行部分重同步还是全量重同步。同步完成后，主节点会将所有新的写操作命令实时发送给从节点，以保持数据一致。通过这种机制，Redis 实现了高效的数据复制和高可用性。