面试题：Redis旧版复制功能中如何处理网络中断后的复制恢复

Question

当Redis旧版复制过程中出现网络中断，从节点重新连接主节点后，系统是如何进行复制恢复的？请说明涉及的具体机制和流程，以及可能会遇到的问题及解决方案。

Answer 1

复制恢复机制和流程

1. 旧版复制（SYNC 方式）：在 Redis 旧版复制中，当从节点重新连接主节点时，会发起 SYNC 命令。主节点收到 SYNC 命令后，会执行以下操作：
   • 生成 RDB 文件：主节点会执行 BGSAVE 命令，在后台生成一个 RDB 文件，这个文件包含了主节点当前的数据快照。
   • 缓冲区数据：主节点同时会将新接收到的写命令缓存在缓冲区中，防止在生成 RDB 文件过程中有新的数据修改丢失。
   • 发送 RDB 文件：RDB 文件生成完成后，主节点将其发送给从节点。从节点接收到 RDB 文件后，会先清空自己当前的数据，然后加载 RDB 文件中的数据，将数据恢复到主节点执行 BGSAVE 时的状态。
   • 重放缓冲区命令：主节点将缓冲区中缓存的写命令发送给从节点，从节点依次执行这些命令，从而使从节点的数据与主节点保持一致。
2. 新版复制（PSYNC 方式）：Redis 2.8 之后引入了 PSYNC 命令，它结合了 SYNC 命令的优点，并在部分重同步方面进行了优化。
   • 部分重同步标识：主节点会维护一个复制偏移量（replication offset）和一个复制积压缓冲区（replication backlog）。复制偏移量记录主节点已发送给从节点的写命令字节数，从节点也会维护自己的复制偏移量，记录已接收并执行的主节点写命令字节数。
   • PSYNC 握手：从节点重新连接主节点时，会发送 PSYNC 命令，其中 runid 是主节点的运行 ID（每次重启主节点，runid 会改变），offset 是从节点当前的复制偏移量。
   • 判断能否部分重同步：主节点收到 PSYNC 命令后，会检查 runid 是否与自己的一致，并且偏移量是否在复制积压缓冲区的范围内。如果两者都满足，主节点会回复 +CONTINUE，表示可以进行部分重同步。主节点只需要将复制积压缓冲区中从节点缺失的部分写命令发送给从节点，从节点接收并执行这些命令，即可完成数据同步。
   • 全量重同步：如果 runid 不一致（说明主节点重启过）或者偏移量不在复制积压缓冲区范围内，主节点会回复 -FULLRESYNC ，表示需要进行全量重同步，流程与旧版 SYNC 方式相同。

可能遇到的问题及解决方案

1. 网络抖动频繁导致全量重同步：
   • 问题：如果网络抖动频繁，从节点与主节点之间频繁断开连接并重新连接，每次都进行全量重同步会消耗大量的带宽和 CPU 资源，严重影响系统性能。
   • 解决方案：尽量优化网络环境，减少网络抖动。同时，合理配置复制积压缓冲区的大小，使其能够容纳足够长的写命令历史，以提高部分重同步的成功率。可以通过修改 repl-backlog-size 配置参数来调整复制积压缓冲区的大小。一般来说，需要根据系统的写操作频率和命令大小来估算合适的大小。
2. 主节点生成 RDB 文件时阻塞：
   • 问题：在旧版 SYNC 方式中，主节点执行 BGSAVE 命令生成 RDB 文件时，虽然是在后台进行，但可能会因为 fork 操作消耗大量内存，并且在 fork 过程中主节点会短暂阻塞，影响对外服务。
   • 解决方案：可以在 Redis 配置文件中设置 save 配置项，减少不必要的自动持久化触发频率，避免频繁的 BGSAVE 操作。另外，可以考虑使用 AOF 持久化方式，并结合 no-appendfsync-on-rewrite 配置项，在进行 AOF 重写时避免阻塞主进程。同时，确保主节点有足够的内存来应对 fork 操作带来的内存增长。
3. 从节点数据恢复延迟：
   • 问题：在全量重同步过程中，从节点加载 RDB 文件和重放缓冲区命令可能需要较长时间，导致从节点数据恢复延迟，在这段时间内从节点可能无法提供准确的数据服务。
   • 解决方案：可以在应用层面进行优化，例如设置合理的读超时时间，避免客户端长时间等待。另外，可以采用多从节点架构，将读请求分散到多个从节点上，降低单个从节点的负载，同时可以设置从节点的优先级，优先使用数据较新的从节点提供读服务。还可以考虑使用 Redis Cluster 等分布式架构，提高系统的整体读写性能和可用性。