面试题：Redis 主从复制的实现原理是什么？

Redis 主从复制 是实现数据冗余、读写分离和高可用性的核心机制。通过主从复制，主节点（Master）将其数据复制到一个或多个从节点（Slave），从节点可以处理读请求，并在主节点故障时接管其职责。以下是 Redis 主从复制的实现原理和核心机制：

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1. 主从复制的核心概念

1.1 主节点（Master）

• 负责处理写请求，并将写操作同步到从节点。
• 主节点的数据变更会记录在内存中，并通过复制机制传播到从节点。

1.2 从节点（Slave）

• 复制主节点的数据，并提供读请求。
• 从节点可以配置为只读模式，避免写操作冲突。

1.3 复制流程

• 从节点连接到主节点，并发送同步请求。
• 主节点将数据同步到从节点，并持续将写操作传播给从节点。

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2. 主从复制的实现原理

2.1 全量复制（Full Synchronization）

当从节点首次连接主节点或需要重新同步数据时，会触发全量复制。

• 步骤：
  1. 从节点向主节点发送 PSYNC 命令，请求同步数据。
  2. 主节点生成当前数据的快照（RDB 文件），并将其发送给从节点。
  3. 从节点加载 RDB 文件，完成数据初始化。
  4. 主节点将快照生成期间的写操作缓存起来，并在快照发送完成后，将这些写操作发送给从节点。
  5. 从节点应用这些写操作，完成全量复制。
• 特点：
  • 数据一致性高，但网络开销大。
  • 适合从节点首次同步或数据差异较大的场景。

2.2 部分复制（Partial Synchronization）

当从节点与主节点的数据差异较小时，会触发部分复制。

• 步骤：
  1. 从节点向主节点发送 PSYNC 命令，并携带复制偏移量（Replication Offset）和复制 ID（Replication ID）。
  2. 主节点检查复制 ID 和偏移量，如果数据仍在复制缓冲区中，则发送缺失的写操作给从节点。
  3. 从节点应用这些写操作，完成部分复制。
• 特点：
  • 网络开销小，复制速度快。
  • 适合从节点短暂断开后重新连接的场景。

2.3 增量复制（Incremental Synchronization）

在全量复制或部分复制完成后，主节点会将后续的写操作实时传播给从节点。

• 步骤：
  1. 主节点将写操作记录在复制缓冲区（Replication Buffer）中。
  2. 主节点将写操作发送给从节点。
  3. 从节点应用这些写操作，保持与主节点的数据一致性。
• 特点：
  • 实时同步，数据延迟低。
  • 适合持续同步的场景。

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3. 主从复制的配置

3.1 配置从节点

在从节点的配置文件（redis.conf）或运行时命令中设置主节点的地址：

# 配置文件
replicaof <master-ip> <master-port>

# 运行时命令
REPLICAOF <master-ip> <master-port>

3.2 配置主节点

主节点无需特殊配置，但可以通过以下参数优化复制性能：

• repl-backlog-size：设置复制缓冲区的大小。
• repl-backlog-ttl：设置复制缓冲区的过期时间。
• min-replicas-to-write：设置写入操作所需的最小从节点数量。

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4. 主从复制的优缺点

优点：

• 数据冗余：通过复制实现数据冗余，提高数据安全性。
• 读写分离：从节点可以处理读请求，分担主节点的负载。
• 高可用性：从节点可以在主节点故障时接管其职责。

缺点：

• 数据延迟：从节点的数据可能存在延迟，不适合对一致性要求极高的场景。
• 网络开销：全量复制和增量复制都会产生网络开销。

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5. 主从复制的最佳实践

• 合理配置复制缓冲区：根据数据量和网络带宽，合理设置 repl-backlog-size。
• 监控复制状态：使用 INFO replication 命令监控主从复制的状态。
• 多从节点部署：部署多个从节点，提高读请求的处理能力和系统的可用性。
• 自动故障转移：结合哨兵（Sentinel）或集群（Cluster）实现自动故障转移。

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6. 主从复制与集群的区别

特性	主从复制	集群（Cluster）
数据分布	数据完全复制	数据分片（Sharding）
读写分离	支持	支持
高可用性	需要结合哨兵实现	内置高可用性
扩展性	有限	支持横向扩展
复杂性	简单	复杂

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总结

Redis 主从复制通过全量复制、部分复制和增量复制机制，实现了数据的实时同步和高可用性。其核心原理包括：

1. 全量复制：从节点首次同步或数据差异较大时，主节点发送完整的数据快照。
2. 部分复制：从节点短暂断开后重新连接时，主节点发送缺失的写操作。
3. 增量复制：主节点将后续的写操作实时传播给从节点。

通过合理配置和使用主从复制，可以构建高性能、高可用的 Redis 系统，满足各种业务需求。