6. 主從同步
Redis支持主從同步，其官方文檔 http://www.redis.io/topics/
replication 簡要介紹了它的主從同步機制。翻譯官方文檔的文章， Redis的主從同步
有以下特點：
•一個Master可以有多個Slave
•Slave可以接受其它Slave的連接，因此Masters和Slaves之間可以行程一個網絡
•同步時，作爲Master的一端（可能其狀態是Slave）的同步是非阻塞的，它可以繼
續處理命令；作爲Slave一端的第一次同步是阻塞的。
•主從機制可以用於提高擴展性，比如可以用多個Slaves處理複雜的讀請求。
•可以通過Slave備份數據，以降低Master的負載。
6.1. 建立連接
接下來我們看Redis中Slave和Master是如何建立連接的。 Redis通過
server.replstate表明Master和Slave的狀態，初始時，狀態均爲
REDIS_REPL_NONE。 server.masterhost和server.masterport爲Master的地址，
Master結點的這兩個變量爲NULL。
Slave的server.replstate狀態除了REDIS_REPL_NONE外，還有
/* 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_TRANSFER 2 /* Receiving .rdb from master */
#define REDIS_REPL_CONNECTED 3 /* Connected to master */
Master對於每個Slave都維護一個狀態，在結構體redisClient.replstate中，
因爲Slave對於Master，其本質也是一個客戶端。 Master對每個Slave標記狀態，有四
種：
/* 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 */
REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START表示Master準備dump數據到磁盤，任何新建
的Slave連接均處於該狀態； Master開始數據dump後，將Slave的狀態修改爲
REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END，當dump完成後，通知Slave，狀態變爲
REDIS_REPL_SEND_BULK，準備向其發送數據；當發送完成， Slave就緒後，狀態變爲
REDIS_REPL_ONLINE，至此Master可以向狀態爲REDIS_REPL_ONLINE的Slave發送更
新命令。
對於Slave，如果server.replstate!=REDIS_REPL_CONNECTED，則無法處理命令（獲取Slave狀態的命令除外）；對於Master，如果c.replstate!=REDIS_REPL_ONLINE，也不會向它發送命令。serverCron()中每隔10秒會調用replicationCron()，處理主從同步相關的功能。 replicationCron()會檢測同數據傳輸超時， Slave與Master連接斷開等問題。在分析可能的故障前，先分析建立連接的過程。
6.1.1. Master
Redis啓動時可以通過配置文件指定爲Master狀態或Slave狀態， Slave也可以通過Sync命令與另一個Master（可能是Master，也可能是與Master有連接的Slave）建立主從連接。下面分析syncCommand()的處理。首先，如果發送sync命令的結點已經是Slave狀態，則無需再次同步。如果接受sync指令的結點，本身也是Slave，且沒有與任何Master建立連接，則無法響應sync命令。如果Slave與Master之間還有其它交互命令沒有處理完，也無法繼續響應sync命令。然後Master開始檢測bgsave狀態，如果已經有bgsave進程，再判斷是否正在響應其它Slave的sync命令，且正在dump數據（Slave的replstate爲REDIS_REPL_BGSAVE_END），則直接將新Slave的replstate狀態置爲REDIS_REPL_BGSAVE_END，並準備將dump好的數據傳給新Slave。如果沒有dump好的數據，則將新Slave的狀態置爲REDIS_REPL_BGSAVE_START，並等待bgsave進程完成，之後再啓動bgsave，爲Slave dump數據。如果沒有bgsave進程，則啓動新的bgsave進程，並將Slave的狀態置爲REDIS_REPL_BGSAVE_END。最後，將新Slave加入Master的server.slaves列表。
void syncCommand(redisClient *c) {
/* ignore SYNC if aleady slave or in monitor mode */
if (c->flags & REDIS_SLAVE) return;
/* Refuse SYNC requests if we are a slave but the link with our master
* is not ok... */
if (server.masterhost && server.replstate != REDIS_REPL_CONNECTED) {
addReplyError(c,"Can't SYNC while not connected with my master");
return;
}
/* SYNC can't be issued when the server has pending data to send to
* the client about already issued commands. We need a fresh reply
* buffer registering the differences between the BGSAVE and the current
* dataset, so that we can copy to other slaves if needed. */
if (listLength(c->reply) != 0) {
addReplyError(c,"SYNC is invalid with pending input");
return;
}
redisLog(REDIS_NOTICE,"Slave ask for synchronization");
/* Here we need to check if there is a background saving operation
* in progress, or if it is required to start one */
if (server.bgsavechildpid != -1) {
/* Ok a background save is in progress. Let's check if it is a good
* one for replication, i.e. if there is another slave that is
* registering differences since the server forked to save */
redisClient *slave;
listNode *ln;
listIter li;
listRewind(server.slaves,&li);
while((ln = listNext(&li))) {
slave = ln->value;
if (slave->replstate == REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END) break;
}
if (ln) {
/* Perfect, the server is already registering differences for
* another slave. Set the right state, and copy the buffer. */
listRelease(c->reply);
c->reply = listDup(slave->reply);
c->replstate = REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END;
redisLog(REDIS_NOTICE,"Waiting for end of BGSAVE for SYNC");
} else {
/* No way, we need to wait for the next BGSAVE in order to
* register differences */
c->replstate = REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START;
redisLog(REDIS_NOTICE,"Waiting for next BGSAVE for SYNC");
}
} else {
/* Ok we don't have a BGSAVE in progress, let's start one */
redisLog(REDIS_NOTICE,"Starting BGSAVE for SYNC");
if (rdbSaveBackground(server.dbfilename) != REDIS_OK) {
redisLog(REDIS_NOTICE,"Replication failed, can't BGSAVE");
addReplyError(c,"Unable to perform background save");
return;
}
c->replstate = REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END;
}
c->repldbfd = -1;
c->flags |= REDIS_SLAVE;
c->slaveseldb = 0;
listAddNodeTail(server.slaves,c);
return;
}
如前文Snapshot快照分析，當bgsave進程備份完成時，在serverCron()中會調用backgroundSaveDoneHandler()處理，該函數中調用updateSlavesWaitingBgsave()處理等待bgsave的Slave結點。
updateSlavesWaitingBgsave()檢查server.slaves列表，當發現狀態爲REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START的結點時，會再次啓動bgsave進程進行dump數據。當發現狀態爲REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START的結點時，會準備將數據發送給Slave，並將Slave的狀態修改爲REDIS_REPL_SEND_BULK。 Master在Slave上監聽WRITEABLE事件，當Slave可寫時，調用sendBulkToSlave()將數據發送到Slave。在Master中， sendBulkToSlave()將數據從磁盤讀入，通過socket發送到Slave，完成後刪除WRITEABLE事件，並將Slave狀態改爲REDIS_REPL_ONLINE。然後再次監聽Slave的WRITEABLE事件，當Slave可寫時，表明Slave已經準備好開始同步指令。
6.1.2. Slave
Redis可以在配置文件中指定爲Slave模式，並指定Master的地址，這樣的Slave結點啓動時即爲REDIS_REPL_ONLINE狀態，然後在replicationCron()中調用syncWithMaster()與Master同步。syncWithMaster()中，向Master發送sync命令，並準備接收數據的目錄。然後通過readSyncBulkPayload()處理Master發送的dump的數據。 Slave通過syncRead()和syncWrite()與Master傳輸數據，這兩個方法底層是異步IO的，但封裝成阻塞型，因此Slave第一次同步是阻塞的。replicationCron()會定時Master的dump數據是否發送完成，如果長時間沒有收到dump數據的數據包， Slave會通過replicationAbortSyncTransfer()取消數據同步。
6.2. 指令同步
在call()中， Master會將改變了數據的命令通過replicationFeedSlaves()同步到Slaves中。 Slave以處理普通命令的流程處理這些Master發來的命令。特別地在serverCron()中， Master會刪除過期的數據， Slave則等待Master同步DEL指令將過期數據刪除。replicationCron()中， Master會定時向所有Slave發送心跳指令，同時，Slave的replicationCron()會通過Ping指令檢查Slave與Master的連接狀態，如果Slave長時間沒有收到主機的Ping，則會斷開與主機的連接。
6.3. 主從轉換
slaveof可以轉換Redis中結點的狀態。對於Slave結點， slaveof no one可以將Slave與Master斷開，並將Slave轉爲主機。對於Master， slaveof ip port可以講主機轉爲Slave。
Redis的主從轉換非常簡單，如果同步未完成，則取消同步；否則，直接改變server.masterhost等狀態。