许多企业虽然尚未部署Redis集群，但主从架构基本已经普及。一旦主节点发生故障，运维人员可以让从节点接替服务，确保业务持续运行。如果不这样做，主节点需要经历数据恢复和重启过程，不仅耗时较长，还会导致线上业务中断——这种损失是任何团队都不愿面对的。
Redis自身的性能虽然足够强劲，但在实际场景中仍可能面临压力过载的情况。例如，热门网站在促销活动期间，每秒会涌入成千上万的请求，其中大部分是读操作。此时，仅靠一台Redis服务器显然难以应对。此外，许多应用对安全性有较高要求：一旦主服务器宕机，需要从服务器立即作为灾备接管。因此，读写分离成为了普遍需求——前提是读操作远多于写操作。将数据分散到多台服务器上，读压力自然被分摊，这一思路在数据库领域已经非常成熟。
在深入探讨Redis主从复制之前，有必要先了解分布式系统的理论基石——CAP原理。
CAP原理
CAP原理在分布式领域的地位，相当于牛顿定律在物理学中的影响力。自CAP论文发表以来，各种分布式存储中间件如雨后春笋般涌现。理解这一原理并不复杂，我们简要梳理一下。
C：Consistent，一致性A：Availability，可用性P：Partition tolerance，分区容忍性
分布式系统的节点通常部署在不同的机器上，通过网络进行通信。这意味着网络断开的风险始终存在——这一场景在专业术语中被称为网络分区。
如图所示，当网络分区发生时，两个分布式节点无法通信。对其中一个节点的数据修改无法同步到另一个节点，数据一致性自然无法保证。除非牺牲可用性——在网络分区期间暂停修改服务，直到网络恢复后再继续。
一句话概括CAP原理：当网络分区发生时，一致性和可用性难以兼得。
最终一致
Redis的主从数据采用异步同步方式，因此分布式Redis系统并不满足一致性要求。客户端在主节点修改数据后立即获得响应，即使主从网络断开，主节点也能正常提供修改服务，所以Redis满足可用性。
Redis保证的是最终一致性。从节点会尽力追赶主节点，最终状态与主节点保持一致。如果网络断开，数据可能会出现大量不一致，但一旦网络恢复，从节点会采用多种策略努力追平主节点。
主从同步与从从同步
Redis同步支持主从同步和从从同步。从从同步是后续版本新增的功能，目的是减轻主节点的同步负担。为方便描述，后续统一理解为主从同步。
增量同步
Redis同步的是指令流。主节点将对自身状态产生修改性影响的指令记录在本地内存buffer中，然后异步将这些指令同步到从节点。从节点一边执行同步的指令流，一边反馈自己的同步位置（偏移量）。
内存buffer的容量是有限的，因此Redis主节点无法记录所有指令。复制buffer是一个定长的环形数组——如果数组已满，就会从头覆盖之前的旧内容。
如果网络状况不佳，从节点短期内无法与主节点同步，那么当网络恢复时，主节点中那些尚未同步的指令可能已被buffer中后续指令覆盖。此时，从节点无法通过指令流同步，就需要采用更复杂的机制——快照同步。
快照同步
快照同步是一项非常耗费资源的操作。如图所示，它首先在主节点上执行一次bgsave，将当前内存数据全部快照到磁盘文件中，然后将快照文件传送到从节点。从节点接收完成后，立即执行一次全量加载——加载前会清空当前内存数据，加载完毕后通知主节点继续增量同步。
在整个快照同步过程中，主节点的复制buffer仍在不断向前移动。如果快照同步耗时过长或复制buffer容量太小，同步期间的增量指令可能会被覆盖，导致快照同步完成后无法进行增量复制，进而触发新的快照同步——这很可能陷入死循环。因此，务必配置一个合适的复制buffer大小参数，避免这种情况发生。
Redis主从同步基础概念
互联网系统通常以主从架构为基础，其设计思路大致如下：
- 多台数据服务器中，只有一台主服务器，负责写入数据，但不负责外部程序的读取。
- 多台从服务器，不写入数据，只负责同步主服务器数据，并供外部程序读取。
- 主服务器写入数据后，立即将写入命令发送给从服务器，确保主从数据同步。
- 应用程序可以随机读取任意一台从服务器，从而分摊读压力。
- 从服务器宕机时，系统不受影响；主服务器宕机时，可以从从服务器中选取一台接替其工作。
请注意，此处使用了“大致”二字。因为这只是一种通用思路，每种数据存储软件都会根据自身特点加以改造，但核心思想万变不离其宗。理解了这些，Redis的复制机制也就不难掌握了。主从同步机制如下图所示：
此时，读数据可以随机选择从服务器。在有多台从服务器的情况下，单台服务器的压力显著降低，有利于系统性能提升。当主服务器宕机时，也能切换到其中一台从服务器继续稳定运行，这对系统安全也很有帮助。当然，Redis自身的特点决定了其主从同步有特殊的实现方式。
首先明确主机，主机会将数据复制到从机；其次明确从机。有了这两点，就可以进一步进行配置。查看redis.conf文件，关键配置只有replicaof，格式为：
replicaof
masterip是主机地址，masterport是端口。当从机Redis服务重启时，就会同步主机的数据。如果不想让从机继续复制，可以在从机执行：
replicaof no one
这样从机就不会再接收主机更新的数据了。如果原主机无法工作，需要复制新主机，可以执行：
replicaof
这样就能让从机复制另一台主机。在实际的Linux环境中，配置文件中的bind默认为127.0.0.1，只允许本机访问，需要修改为0.0.0.0，其他服务器才能访问。
Redis主从同步的过程
Redis主从同步的过程如下图所示：
图中左侧是主服务器流程，右侧是从服务器流程。下面进行详细描述：
(1) 首先确保主服务器开启。主服务器启动后，从服务器通过命令或重启配置项同步到主服务器。
(2) 从服务器启动时，读取同步配置，根据配置决定是否用当前数据响应客户端，然后发送SYNC命令。主服务器收到同步命令后，执行bgsave备份数据，但不会拒绝客户端读写——它会把客户端的写命令写入缓冲区。从服务器在未收到快照文件时，会根据配置决定是否响应客户端请求。
(3) bgsave执行完毕后，主服务器向从服务器发送备份文件。从服务器丢弃现有数据，开始载入快照文件。
(4) 主服务器发送完备份文件后，将bgsave执行后缓冲区的写命令也发送给从服务器。从服务器完成备份文件解析后，开始正常接收命令，等待写入。
(5) 缓冲区命令发送完成后，主服务器每执行一条写命令，就向从服务器发送同步写入命令。从服务器与主服务器保持同步。此时，从服务器完成缓冲区命令后，开始等待主服务器命令。
以上五个步骤就是Redis主从同步的完整过程。
**在主服务器同步到从服务器的过程中，需要备份文件，因此配置时一般需要预留一些内存空间给主服务器执行备份命令。**通常主服务器使用50%~65%的内存空间，为主从复制留出可用空间。
多从机同步机制如下图所示：
如果出现多台从机同步，可能频繁等待和操作bgsave命令，导致主机性能长时间不佳。此时可以考虑采用主从链同步机制来缓解。
不过，复制功能并非必需。如果仅将Redis用作缓存，像Memcache一样对待，就不需要从节点做备份——挂掉后重启即可。但只要使用了Redis的持久化功能，就必须认真对待主从复制，它是系统数据安全的基础保障。
