面试题：Redis新版复制功能架构设计如何应对复杂网络环境和故障恢复

Question

当处于网络分区、节点故障等复杂网络环境时，Redis新版复制功能架构设计是怎样确保数据一致性和快速恢复的？请详细分析其故障检测、故障转移以及重新同步等机制的设计原理与流程。

Answer 1

故障检测机制

1. 心跳检测：
   • 主从节点之间会定期发送心跳消息（PING/PONG）。主节点默认每秒向从节点发送PING消息，从节点收到PING后回复PONG。
   • 通过这种方式，主从节点可以检测彼此的连接状态。如果主节点在一定时间（默认10秒，可通过repl-ping-slave-period配置）内没有收到从节点的PONG回复，就会判定从节点可能出现故障。
2. 主观下线（Subjective Down，SDOWN）：
   • 单个节点对另一个节点的状态判断。例如，哨兵节点（Sentinel）通过心跳检测，如果在一定时间内（可配置）没有收到被监控节点（主节点或从节点）的响应，该哨兵节点会将其标记为SDOWN状态。
3. 客观下线（Objective Down，ODOWN）：
   • 多个哨兵节点达成共识的故障判定。当多个哨兵节点（超过配置的quorum数量）都认为某个主节点处于SDOWN状态时，它们会通过互相通信达成共识，将该主节点标记为ODOWN状态，意味着主节点确实发生了故障。

故障转移机制

1. 哨兵选举：
   • 当主节点被判定为ODOWN后，哨兵之间会进行选举，选出一个领导者哨兵来执行故障转移操作。选举过程基于Raft算法的简化版本。
   • 每个哨兵节点都有选举权，它会向其他哨兵节点发送选举请求。收到请求的哨兵节点如果还没有投过票，且认为请求者具备一定条件（如运行时长等），就会投出一票。
   • 率先获得超过半数投票的哨兵节点成为领导者哨兵。
2. 从节点晋升：
   • 领导者哨兵从当前存活的从节点中选择一个作为新的主节点。选择规则主要基于从节点的优先级（通过slave - priority配置，值越小优先级越高）、复制偏移量（复制数据越完整优先级越高）以及运行ID（越小越优先）。
   • 领导者哨兵会向选中的从节点发送SLAVEOF NO ONE命令，使其晋升为新的主节点。
3. 重新配置其他从节点：
   • 领导者哨兵会向其他从节点发送SLAVEOF <new - master - ip> <new - master - port>命令，让它们成为新主节点的从节点，从而重新建立复制关系。

重新同步机制

1. 全量同步：
   • 当新的从节点连接到主节点，或者从节点长时间与主节点失去连接后重新连接，通常会进行全量同步。
   • 主节点收到从节点的同步请求后，会执行BGSAVE命令生成RDB文件，并将RDB文件发送给从节点。在发送RDB文件的同时，主节点会将这段时间内产生的写命令缓存起来。
   • 从节点收到RDB文件后，会先清空自身数据，然后加载RDB文件，完成数据初始化。接着，从节点接收主节点缓存的写命令并执行，从而达到与主节点数据一致。
2. 部分同步：
   • 当从节点与主节点之间的连接短暂中断后恢复时，可能会进行部分同步。
   • 主从节点之间通过复制偏移量（replication offset）和复制积压缓冲区（replication backlog）来实现部分同步。主节点会在复制积压缓冲区中记录最近一段时间内的写命令。
   • 从节点在重新连接时，会向主节点发送自己的复制偏移量。主节点检查复制积压缓冲区，如果从节点的偏移量在缓冲区范围内，主节点就只将缓冲区中从该偏移量之后的写命令发送给从节点，从而实现部分同步，减少数据传输量，快速恢复数据一致性。