Redis源碼解析--Replication

Redis的復制功能是基於內存快照即rdb的，也就是說無論使用哪種持久化機制，只要用到了復制功能，master都會產生內存快照即rdb，slave接收rdb以同步數據。Redis完成復制的源碼主要分布在Replication.c（共610行中，分用於master和slave的函數，下面會詳述過程。

一、狀態
Redis復制時slave和master都分別是一個狀態機，狀態定義在Redis.h（162~179）中，主要狀態如下：
/* Slave replication state - slave side */
#define REDIS_REPL_NONE 0 /* No active replication */
#define REDIS_REPL_CONNECT 1 /* Must connect to master */
#define REDIS_REPL_CONNECTING 2 /* Connecting to master */
#define REDIS_REPL_TRANSFER 3 /* Receiving .rdb from master */
#define REDIS_REPL_CONNECTED 4 /* Connected to master */

/* Synchronous read timeout - slave side */
#define REDIS_REPL_SYNCIO_TIMEOUT 5

/* Slave replication state - from the point of view of master
* Note that in SEND_BULK and ONLINE state the slave receives new updates
* in its output queue. In the WAIT_BGSAVE state instead the server is waiting
* to start the next background saving in order to send updates to it. */
#define REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START 3 /* master waits bgsave to start feeding it */
#define REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END 4 /* master waits bgsave to start bulk DB transmission */
#define REDIS_REPL_SEND_BULK 5 /* master is sending the bulk DB */
#define REDIS_REPL_ONLINE 6 /* bulk DB already transmitted, receive updates */
slave和master狀態轉換如下圖： 圖1 slave狀態機 圖2 master狀態機

二、流程
圖3 復制時序圖 從上圖可以看出整個狀態（紅色部分為狀態）轉換流程如下：
（1）初始情況下slave和master都處於REDIS_REPL_NONE（Redis.c/initServerConfig()/1081）狀態。
（2）slave從配置文件中讀取或者從客戶端接收到slave of指令，slave狀態轉換為REDIS_REPL_CONNECT（Replication.c/slaveofCommand/538）。
（3）slave在定時任務serverCron（Redis.c/906）中調用replicationCron（Replicaltion.c/547）以連接master（Replication.c/connectWith），連接成功後slave狀態轉換為REDIS_REPL_CONNECTING（Replication.c/connectWithMaster/486）。
（4）slave發送sync命令給master（Replication.c/syncWithMaster/426），slave狀態轉換為REDIS_REPL_TRANSFER（Replication.c/syncWithMaster/426）。
（5）slave打開臨時rdb文件用於存儲即將要發送過來的快照數據（Replication.c/syncWithMaster/436），注冊事件readSyncBulkPayLoad（Replication.c/syncWithMaster/446）用於接收快照數據，然後等待master發送回內存快照文件。
（6）master收到sync命令後會跳轉到syncCommand（Replication.c/83）函數，master狀態轉換為REDIS_REPL_BGSAVE_START（Replication.c/syncCommand/128），syncCommand函數判斷是否有正在進行內存快照的子進程，如果有則等待其結束，沒有則調用rdbSaveBackground（Rdb.c/685）函數立即開始內存快照，當快照完成後將master狀態轉換為REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END（Replication.c/syncCommand/139）。
（7）master主線程的定時任務serverCron（Redis.c/906）會檢測做快照的子進程是否退出（Redis.c/serverCron/853），如果退出了則調用backgroundSaveDoneHandler（Redis.c/serverCron/854）函數，backgroundSaveDoneHandler會處理一些快照後的收尾工作，然後調用updateSlavesWaitingBgsave（Replication.c/208）函數。
（8）master在函數updateSlavesWaitingBgsave中打開前面快照生成的rdb文件（Replication.c/updateSlavesWaitingBgsave/228），將master狀態轉換為REDIS_REPL_SEND_BULK（Replication.c/updateSlavesWaitingBgsave/236），並注冊事件sendBulkToSave（Replication.c/updateSlavesWaitingBgsave/238）用於讀取並發送上面打開的rdb快照數據給slave（Replication.c/148），發送完畢後將master狀態轉換為REDIS_REPL_ONLINE（Replication.c/sendBulkToSlave/191）。
（9）slave通過步驟5中注冊的事件readSyncBulkPayload來接收master發送的rdb數據（Replication.c/275），保存到本地，待接收完成後，調用emptydb（Db.c/140）以清空整個數據庫，調用rdbLoad（Rdb.c/1015）重新讀取master發送過來的內存快照文件以重建內存數據結構，並將狀態置為REDIS_REPL_CONNECTED（Replication.c/readSyncBulkPayload/355），slave狀態機轉換完成，等待增量數據。
（10）master在發送快照文件的過程中，接收的任何會改變數據集的命令都會暫時先保存在slave網絡連接的發送緩存隊列裡（list數據結構），待快照完成後，依次發給slave。slave和master之間有心跳檢測和超時退出。

三、缺陷
Redis的復制機制不支持增量復制，在slave連接master時，master需要進行內存快照，然後將整個快照數據發給slave，這會給master帶來很大壓力，slave接收完快照數據後會先清空數據庫，再重建整個數據結構，這會導致數據大時slave同步時間非常長，所以需要注意slave和master之間的網絡要非常穩定，不會閃斷，否則這個過程會非常悲劇，因此，slave和master之間跨IDC機房或者南北電信都會有很大風險。另外，最好一開始就規劃好slave的數量