Redis 2.8版部分同步功能源码浅析-Replication Partial Resynchronization

前面的2篇文章分别介绍了Redis主从同步源码浅析-Master端 以及 Redis主从同步源码浅析-Slave端 相关的代码实现，从中我们可以看出redis主从同步的一个最大的缺点，也是阻碍大数据应用的地方便是其每次连接端开都需要重连master进行全量数据的重新同步，这个代价是可想而知的。

长连接断开在线上环境中出现得很频繁，如果需要重新同步所有RDB文件，几十G的文件，从建立RDB快照，发送文件内容到slave，然后slave执行命令一一加载进内存中，这个时间开销估计也得好几个小时，更别说树形结构的master->slave->slave， 对网卡的压力，对服务器的压力都是很恐怖的。从这方面来说，动辄几个小时甚至一天的修复时间，没人敢用Redis主从同步在生产环境中使用。

但是福音来了：即将（2013年第三季度）发布的2.8版本会解决这个问题，通过：Replication partial resynchronization 的方式，也就是部分重新同步，这里就说部分同步吧，注意不是常规情况下的新写入指令同步。

具体的增量同步功能请看作者在刚开始的想法（Designing Redis replication partial resync） 和 中间的（Partial resyncs and synchronous replication.） 以及最后的想法（PSYNC），从这里可以知道redis的部分同步功能很详细的解说。所以就不多说了，只是下面简单总结一下方便后面分析代码。

注意本文列出的代码是目前的最新代码，不是2.8版本的代码·https://github.com/antirez/redis

零、Partial Resynchronization介绍

为了避免每次重连都需要重新全量同步RDB文件，redis采用类似mysql的backlog的方式，允许slave在一定的时间内进行部分同步，只同步自己需要的部分回去，已经有的不需要同步了。注意如果重启了，那还是得重新同步，这个其实也有点悲剧，不知道后续会不会加入这个功能，实现也不太难的。

简单来讲，用口语就是：

1. 对于slave ：master兄，我刚刚走神了断了连接，得重新找你同步一下。如果你还是昔日的那个replrunid， 我刚才同步到的位置是这里reploff，如果还有机会请把我落下的数据马上发给我一下；否则请给我全部RDB文件；
2. 对于master： slave们，如果你断了连接，请最好给我你刚才记着的runid和你算的同步到的位置发送给我，我看看是不是可以只让你同步你落下的部分；否则你得全量同步RDB文件。

根据这个设计，可想而知，master必须记住一定数目的backlog，也就是记住一段时间内的发送给slave们的命令列表，以及其起始，结束为止。slave必须在连接端开的时候记着自己同步到了什么位置，重连的时候用这位置去问master，自己是否还有机会赶上来。

一、SLAVE发起部分同步请求

大部分跟之前的2.6版本同步差不多：

1. 标记server.repl_state为 REDIS_REPL_CONNECT状态；
2. replicationCron定时任务检测到调用connectWithMaster函数连接master；
3. slave连接成功调用syncWithMaster，发送PING指令；
4. slave发送SYNC指令通知master做RDB快照；
5. 接收master的RDB快照文件；
6. 加载新数据；

在2.8版本部分同步的时候，将上面的第4步修改了，加入了发送PSYNC指令尝试部分同步的功能。调用slaveTryPartialResynchronization函数尝试部分同步，如果发现master不认识这个指令，那就没办法了，再次发送SYNC进行全量同步。

1 void syncWithMaster(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
2 //·····
3     /* Try a partial resynchonization. If we don't have a cached master
4      * slaveTryPartialResynchronization() will at least try to use PSYNC
5      * to start a full resynchronization so that we get the master run id
6      * and the global offset, to try a partial resync at the next
7      * reconnection attempt. */
8     psync_result = slaveTryPartialResynchronization(fd);
9     if (psync_result == PSYNC_CONTINUE) {
10         redisLog(REDIS_NOTICE, "MASTER <-> SLAVE sync: Master accepted a Partial Resynchronization.");
11         return;
12     }
13
14     /* Fall back to SYNC if needed. Otherwise psync_result == PSYNC_FULLRESYNC
15      * and the server.repl_master_runid and repl_master_initial_offset are
16      * already populated. */
17     if (psync_result == PSYNC_NOT_SUPPORTED) {
18         redisLog(REDIS_NOTICE,"Retrying with SYNC...");
19         if (syncWrite(fd,"SYNC\r\n",6,server.repl_syncio_timeout*1000) == -1) {
20             redisLog(REDIS_WARNING,"I/O error writing to MASTER: %s",
21                 strerror(errno));
22             goto error;
23         }
24     }

slaveTryPartialResynchronization是像master发送PSYNC指令的地方。PSYNC指令的语法为：PSYNC runid psync_offset 。下面解释一下2个参数的含义。

runid就是master告诉slave的一串字符串，用来记录master的实例，避免master重启后，同步错误的情况，这个值是master在slave第一次同步的时候告诉他的，且一直不变直到master重启；

psync_offset这个参数就是slave当前同步到的数据位置，实际上是同步了多少数据，以字节为单位。master根据这个来决定是否可以增量同步以及发送哪些数据给slave。第一次同步的时候master会告诉他的。以后slave每次收到从master过来的连接后，都会增加读取的数据长度 到这个值，保存在c->reploff上面。
下面是发送PSYNC指令的代码。

1 int slaveTryPartialResynchronization(int fd) {
2     char *psync_runid;
3     char psync_offset[32];
4     sds reply;
5
6     if (server.cached_master) {
7         psync_runid = server.cached_master->replrunid;
8         snprintf(psync_offset,sizeof(psync_offset),"%lld", server.cached_master->reploff+1);
9         redisLog(REDIS_NOTICE,"Trying a partial resynchronization (request %s:%s).", psync_runid, psync_offset);
10     } else {
11         redisLog(REDIS_NOTICE,"Partial resynchronization not possible (no cached master)");
12         psync_runid = "?";
13         memcpy(psync_offset,"-1",3);
14     }
15
16     /* Issue the PSYNC command */
17     reply = sendSynchronousCommand(fd,"PSYNC",psync_runid,psync_offset,NULL);

收到PSYNC指令后，master如果觉得可以进行增量同步，则会返回”+CONTINUE”， 如果必须进行全量同步，会返回”+FULLRESYNC”， 否则ERROR，这里具体待会介绍master的时候介绍。

1.只能进行全量同步

来看看如果必须进行全量同步的情况，这种情况下master会返回”+FULLRESYNC  runid offset” 给slave。虽然得全量，但是还会告诉slave runid是多少，以及当前master的backlog   offset位置，这样让slave下回来同步的时候能够进行部分同步。也算是互相沟通一下状态。

slave收到”+FULLRESYNC”结果后，会将runid保存到server.repl_master_runid上面，backlog offset位置放在server.repl_master_initial_offset里面。以便后面使用部分同步功能。读取完RDB文件后会设置到server.master->reploff上的。

注意PSYNC如果只能进行全量同步，master自己会做RDB快照的，不需要再次发送SYNC。看下面的代码：

1 int slaveTryPartialResynchronization(int fd) {
2 //`````
3     if (!strncmp(reply,"+FULLRESYNC",11)) {
4         char *runid = NULL, *offset = NULL;
5
6         /* FULL RESYNC, parse the reply in order to extract the run id
7          * and the replication offset. */
8         runid = strchr(reply,' ');
9         if (runid) {
10             runid++;
11             offset = strchr(runid,' ');
12             if (offset) offset++;
13         }
14         if (!runid || !offset || (offset-runid-1) != REDIS_RUN_ID_SIZE) {
15             redisLog(REDIS_WARNING,
16                 "Master replied with wrong +FULLRESYNC syntax.");
17             /* This is an unexpected condition, actually the +FULLRESYNC
18              * reply means that the master supports PSYNC, but the reply
19              * format seems wrong. To stay safe we blank the master
20              * runid to make sure next PSYNCs will fail. */
21             memset(server.repl_master_runid,0,REDIS_RUN_ID_SIZE+1);
22         } else {
23             memcpy(server.repl_master_runid, runid, offset-runid-1);
24             server.repl_master_runid[REDIS_RUN_ID_SIZE] = '\0';
25             server.repl_master_initial_offset = strtoll(offset,NULL,10);
26             redisLog(REDIS_NOTICE,"Full resync from master: %s:%lld",
27                 server.repl_master_runid,
28                 server.repl_master_initial_offset);
29         }
30         /* We are going to full resync, discard the cached master structure. */
31         replicationDiscardCachedMaster();
32         sdsfree(reply);
33         return PSYNC_FULLRESYNC;
34     }
35 //····
36 }
37
38 void readSyncBulkPayload(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
39 //````
40         server.master->reploff = server.repl_master_initial_offset;
41         memcpy(server.master->replrunid, server.repl_master_runid,
42             sizeof(server.repl_master_runid));
43 //·····
44 }

2.可以进行部分同步

如果master返回”+CONTINUE”，那就可以进行部分同步。这个比较简单，继续接收后面的数据 就行了。

3.发生错误

这个时候可能是master是老版本，不认识PSYNC，或者发生其他错误了，那就重新发送SYNC指令进行全量同步就行。

到这里还剩下几个问题，第一个是如果连接断开了，slave怎么记住master的runid和reploff位置的呢？

这个可以参考replicationCacheMaster，freeClient在断开一个连接的时候，会判断这个是不是master的连接，如果是，会调用replicationCacheMaster，将当前的状态cache住，并且断开跟本slave的下一级slave的连接。

1 void replicationCacheMaster(redisClient *c) {
2 //····
3     /* Save the master. Server.master will be set to null later by
4      * replicationHandleMasterDisconnection(). */
5     server.cached_master = server.master;
6 //···
7     replicationHandleMasterDisconnection();
8 }

下一个问题是slave的c->reploff如何保持跟master同步，因为他们必须绝对一致才行。

这个是通过在2端完成，双方只要是发送给对方的指令，都会讲指令的总长度加在offset上面，slave在readQueryFromClient读取连接数据的时候增加这个值。master在replicationFeedSlaves函数里面会调用feedReplicationBacklogWithObject，后者最终调用feedReplicationBacklog，进而调整offset和backlog，这个待会介绍。

1 void readQueryFromClient(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
2 //····
3     if (nread) {
4         sdsIncrLen(c->querybuf,nread);
5         c->lastinteraction = server.unixtime;
6         if (c->flags & REDIS_MASTER) c->reploff += nread;
7     }
8 //····
9 }

到这里slave部分介绍完毕。下一部分master端。

二、MASTER接收处理PSYNC指令

在master端，SYNC和PSYNC的处理函数都是syncCommand。只是增量了一段代码检测PSYNC指令，如果是，就会调用masterTryPartialResynchronization尝试部分同步，如果不能进行部分同步，那就按照SYNC的方式处理，也就是进行全量同步，这个请参考“Redis主从同步源码浅析-Slave端”。

1 void syncCommand(redisClient *c) {
2 //````
3     /* Try a partial resynchronization if this is a PSYNC command.
4      * If it fails, we continue with usual full resynchronization, however
5      * when this happens masterTryPartialResynchronization() already
6      * replied with:
7      *
8      * +FULLRESYNC
9      *
10      * So the slave knows the new runid and offset to try a PSYNC later
11      * if the connection with the master is lost. */
12     if (!strcasecmp(c->argv[0]->ptr,"psync")) {
13         if (masterTryPartialResynchronization(c) == REDIS_OK) {
14             server.stat_sync_partial_ok++;
15             return; /* No full resync needed, return. */
16         } else {
17             char *master_runid = c->argv[1]->ptr;
18
19             /* Increment stats for failed PSYNCs, but only if the
20              * runid is not "?", as this is used by slaves to force a full
21              * resync on purpose when they are not albe to partially
22              * resync. */
23             if (master_runid[0] != '?') server.stat_sync_partial_err++;
24         }
25     } else {
26         /* If a slave uses SYNC, we are dealing with an old implementation
27          * of the replication protocol (like redis-cli --slave). Flag the client
28          * so that we don't expect to receive REPLCONF ACK feedbacks. */
29         c->flags |= REDIS_PRE_PSYNC_SLAVE;
30     }
31 //````
32 }

masterTryPartialResynchronization函数处理部分同步的检查。

首先检查runid是否匹配，如果不匹配那说明master重启过了，必须全量，调转到goto need_full_resync;

如果psync_offset 介于server.repl_backlog_off 和server.repl_backlog_off + server.repl_backlog_size 之间的话，那说明slave已经同步到的位置正好在我么的backlog之间，那说明他落下的东西master是记录在backlog里面的！good，可以进行增量同步。

1 int masterTryPartialResynchronization(redisClient *c) {
2     long long psync_offset, psync_len;
3     char *master_runid = c->argv[1]->ptr;
4     char buf[128];
5     int buflen;
6
7     /* Is the runid of this master the same advertised by the wannabe slave
8      * via PSYNC? If runid changed this master is a different instance and
9      * there is no way to continue. */
10     if (strcasecmp(master_runid, server.runid)) {
11         /* Run id "?" is used by slaves that want to force a full resync. */
12         if (master_runid[0] != '?') {
13             redisLog(REDIS_NOTICE,"Partial resynchronization not accepted: "
14                 "Runid mismatch (Client asked for '%s', I'm '%s')",
15                 master_runid, server.runid);
16         } else {
17             redisLog(REDIS_NOTICE,"Full resync requested by slave.");
18         }
19         goto need_full_resync;
20     }
21
22     /* We still have the data our slave is asking for? */
23     if (getLongLongFromObjectOrReply(c,c->argv[2],&psync_offset,NULL) !=
24        REDIS_OK) goto need_full_resync;
25     if (!server.repl_backlog ||
26         psync_offset < server.repl_backlog_off ||
27         psync_offset >= (server.repl_backlog_off + server.repl_backlog_size))
28 //上面这一行的计算我看有点问题，应该用将repl_backlog_size替换为repl_backlog_histlen，因为后者才是代表实际数据长度。
29  {
30  redisLog(REDIS_NOTICE,
31  "Unable to partial resync with the slave for lack of backlog (Slave request was: %lld).", psync_offset);
32  goto need_full_resync;
33  }

下面进行增量同步的工作包括：将这个连接加到server.slaves里面，然后给slave发送”+CONTINUE\r\n”告诉他“没事，你还可以赶得上”，然后使用addReplyReplicationBacklog把他落下的部分数据放到他的发送缓冲区中。

1 /* If we reached this point, we are able to perform a partial resync:
2  * 1) Set client state to make it a slave.
3  * 2) Inform the client we can continue with +CONTINUE
4  * 3) Send the backlog data (from the offset to the end) to the slave. */
5 c->flags |= REDIS_SLAVE;
6 c->replstate = REDIS_REPL_ONLINE;
7 c->repl_ack_time = server.unixtime;
8 listAddNodeTail(server.slaves,c);
9 /* We can't use the connection buffers since they are used to accumulate
10  * new commands at this stage. But we are sure the socket send buffer is
11  * emtpy so this write will never fail actually. */
12