Redis 主从握手流程，你真的了解了吗？

Redis 是开源的 key-value 存储系统，可作为数据库、缓存、消息组件。

Redis 的作者是 Salvatore Sanfilippo（网名为 antirez），他在 2009 年开发完成并开源了 Redis。

Redis 由于性能极高、功能强大，迅速在业界流行，现已成为高并发系统中最常用的组件之一。

Redis 提供了多种类型的数据结构，如字符串（String）、散列（Hash）、列表（List）、集合（Set）、有序集合（Sorted Set）等。

Redis 还是分布式系统，主从集群可以实现数据热备份，哨兵（Sentinel）机制可以保证主从集群高可用，Cluster 集群则提供了水平扩展的能力。

Redis 还提供了持久化、Lua 脚本、Module 模块、Stream 消息流、Tracking 机制等一系统强大功能，适用于各种业务场景。

Redis 是一个典型的“小而美”的程序。

Redis 实现简单，源码非常优雅简洁，阅读起来并不吃力，而且 Redis 功能齐全，涵盖了数据存储、分布式、消息流等众多特性，非常值得深入学习。

Redis 中的一个重要概念就是主从复制机制。

下面详细分析 Redis 主从复制机制中主从握手的过程。

Redis 主从复制机制中有两个角色：主节点与从节点。

主节点处理用户请求，并将数据复制给从节点。

主从复制机制主要有以下作用：

（1）数据冗余，将数据热备份到从节点，即使主节点由于磁盘损坏丢失数据，从节点依然保留数据副本。

（2）读/写分离，可以由主节点提供写服务，从节点提供读服务，提高 Redis 服务整体吞吐量。

（3）故障恢复，主节点故障下线后，可以手动将从节点切换为主节点，继续提供服务。

（4）高可用基础，主从复制机制是 Sentinel 和 Cluster 机制的基础，Sentinel 和 Cluster 都实现了故障转移，即主节点故障停止后，Redis 负责选择一个从节点切换为主节点，继续提供服务。

下面将主从复制流程分为三个阶段。

（1）握手阶段：主从连接成功后，从节点需要将自身信息（如 IP 地址、端口等）发送给主节点，以便主节点能认识自己。

（2）同步阶段：从节点连接主节点后，需要先同步数据，数据达到一致（或者只有最新的变更不一致）后才进入复制阶段。

Redis 支持两种同步机制：

全量同步：从节点发送命令 PSYNC ? -1，要求进行全量同步，主节点返回响应+FULLRESYNC，表明同意全量同步。随后，主节点生成 RDB 数据并发送给从节点。这种方式常用于新的从节点首次同步数据。

部分同步：从节点发送命令 PSYNC replid offset，要求进行部分同步，主节点响应+CONTINUE，表明同意部分同步。主节点只需要把复制积压区中 offset 偏移量之后的命令发送给从节点即可（主节点会将执行的写命令都写入复制积压区）。这种方式常用于主从连接断开重连时同步数据。如果 offset 不在复制积压区中，那么主节点也会返回+FULLRESYNC，要求进行全量同步。

（3）复制阶段：主节点在运行期间，将执行的写命令传播给从节点，从节点接收并执行这些命令，从而达到复制数据的效果。Redis 使用的是异步复制，主节点传播命令后，并不会等待从节点返回 ACK 确认。异步复制的优点是低延迟和高性能，缺点是可能在短期内主从节点数据不一致。

本文中指的命令，包含命令名及执行命令的参数。

PSYNC 命令涉及以下属性：

server.master_repl_offset：记录当前服务器已执行命令的偏移量。

server.replid：40 位十六进制的随机字符串，在主节点中是自身 ID，在从节点中记录的是主节点 ID。

server.replid2：用于主节点，存放上一个主节点 ID。

server.repl_backlog：复制积压区，主节点将最近执行的写命令写入复制积压区，用于实现部分同步。

下面介绍一下 Redis 主从握手流程。

主从复制的机制是由从节点发起流程，我们可以发送 REPLICAOF 命令到某个服务器，要求它成为指定服务器的从节点：

REPLICAOF <masterip> <masterport>或者在配置文件中添加配置 REPLICAOF <masterip> <masterport>，这样 Redis 服务器启动后将成为指定服务器的从节点。

提示：从 Redis 5 开始为 SLAVEOF 命令提供别名 REPLICAOF，这两个命令的作用一样。

下面以从节点的视角，分析主从握手的过程。

从节点握手阶段涉及以下属性。

server.repl_state：用于从节点，标志从节点当前复制状态。有如下值：

REPL_STATE_NONE：无主从复制关系。

REPL_STATE_CONNECT：待连接。

REPL_STATE_CONNECTING：正在连接。

…（部分握手状态并没有列出）

REPL_STATE_TRANSFER：从节点正在接收 RDB 数据。

REPL_STATE_CONNECTED：已连接，主从同步完成。

从节点使用 replicaofCommand 函数处理 REPLICAOF 命令。

该函数执行如下逻辑：

（1）如果处理的命令是 REPLICAOF NO ONE，则将当前服务器转换为主节点，取消原来的主从复制关系，退出函数。

（2）调用 replicationSetMaster 函数，与给定服务器建立主从复制关系。

另外，我们在配置文件中配置 REPLICAOF <masterip> <masterport>，Redis 加载该配置，也会将 server.repl_state 设置为 REPL_STATE_CONNECT 状态（config.c）。

从节点 server.repl_state 进入 REPL_STATE_CONNECT 状态后，主从复制流程已经开始。

serverCron 时间事件负责对 REPL_STATE_CONNECT 状态进行处理：

int serverCron(struct aeEventLoop *eventLoop, long long id, void *clientData) {...if (server.repl_state == REPL_STATE_CONNECT) {if (connectWithMaster() == C_OK) {serverLog(LL_NOTICE,"MASTER <-> REPLICA sync started");}}}调用 connectWithMaster 函数进行处理，该函数负责建立主从网络连接：

int connectWithMaster(void) {// [1]server.repl_transfer_s = server.tls_replication ? connCreateTLS() : connCreateSocket();// [2]if (connConnect(server.repl_transfer_s, server.masterhost, server.masterport,NET_FIRST_BIND_ADDR, syncWithMaster) == C_ERR) {...return C_ERR;}

// [3]server.repl_transfer_lastio = server.unixtime;server.repl_state = REPL_STATE_CONNECTING;return C_OK;

}【1】创建一个 Socket 套接字。connCreateTLS 函数创建 TLS 连接，connCreateSocket 函数创建 TCP 连接，它们都返回套接字文件描述符。该连接是主从节点网络通信的连接，本书称之为主从连接。

【2】connConnect 函数负责连接到主节点，并且在连接成功后调用 syncWithMaster 函数。

【3】从节点 server.repl_state 进入 REPL_STATE_CONNECTING 状态。

网络连接成功后，从节点调用 syncWithMaster 函数，进入握手阶段：

void syncWithMaster(connection *conn) {char tmpfile[256], *err = NULL;int dfd = -1, maxtries = 5;int psync_result;...// [1]if (server.repl_state == REPL_STATE_CONNECTING) {connSetReadHandler(conn, syncWithMaster);connSetWriteHandler(conn, NULL);server.repl_state = REPL_STATE_RECEIVE_PONG;err = sendSynchronousCommand(SYNC_CMD_WRITE,conn,"PING",NULL);if (err) goto write_error;return;}...// [2]if (server.repl_state != REPL_STATE_RECEIVE_PSYNC) {goto error;}

// more

}【1】根据 server.repl_state 状态，执行对应操作。

从节点发送给主节点的信息，主节点会记录在从节点客户端，并在 INFO 命令中输出这些信息。另外，Sentinel 模块需要从主节点 INFO 命令响应中获取这些从节点信息。

【2】执行到这里，主从握手阶段已经完成。server.repl_state 必须处于 REPL_STATE_ RECEIVE_PSYNC 状态，否则报错。

下面使用 Linux tcpdump 工具抓取主从连接报文，分析主从节点握手阶段的通信内容（主节点端口为 6000）：

tcpdump tcp -i lo -nn port 6000 -T RESPtcpdump 支持 RESP 协议，最后一个选项-T RESP 要求 tcpdump 以 RESP 协议格式解析报文。

其中 6000 端口为主节点端口，60374 端口为从节点通信端口。从 tcpdump 的输出可以清晰地看到主从节点在握手阶段的通信内容。

提示：tcpdump 解析后的 RESP 内容并不会展示数据类型的标志符，如主节点对从节点 PING 命令的响应实际上是“-NOAUTH Authentication required.”，请读者阅读源码时注意。

以主节点视角分析握手阶段，主节点不断处理来自从节点的命令（包括 PING、AUTH、REPLCONF），感兴趣的读者可自行阅读代码。

Redis 主从握手流程到此就分析完毕了。

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本内容摘自《Redis 核心原理与实践》，想了解更多关于 Redis 的内容，欢迎阅读此书。

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