主从复制
通过SLAVEOF命令，可以让两台服务器确认主从关系。以后的过程中，slave会与master保持数据一致性。
主从复制功能实现
Redis的复制功能分为同步和命令传播两个操作：
- 同步是将master的数据全部拷贝到slave上。
- 命令传播是已经完成了同步，在之后master被修改了，将修改的命令发给slave，让slave也执行一遍，以此保证数据一致。
SYNC命令实现
确认了主从关系之后，从服务器首先需要进行初始的数据同步，而这个同步可以通过SYNC命令完成，步骤如下：
- 从服务器向主服务器发送SYNC命令；
- 主服务器收到命令，自己执行BGSAVE命令，生成RDB文件，并用一个缓冲区记录从现在开始执行的所有命令；
- 当BGSAVE执行完毕，主服务器将RDB发送给从服务器，从服务器载入这个RDB文件，将数据库状态更新；
- 主服务器将缓冲区里的所有写命令发送给从服务器，从服务器执行这些命令，将数据库更新到最新的状态。
存在的问题：
对于服从服务器在运行过程中偶尔断线了，之后的同步，如果采用SYNC命令，又会让主服务器生成RDB文件，而生成和传输RDB的开销是很大的，不论是CPU、IO、内存或者网络带宽。其实没有必要将主从服务器的所有数据进行同步，只需要将断线过程中的那部分进行同步就行了。
PSYNC命令实现
PSYNC就是用来代替SYN命令来执行复制时的同步操作的，它就有完整同步和部分同步的两种模式：
- 完整同步：这里的步骤和SYNC命令基本一样，都是让主服务器生成RDB，然后传送缓冲区里的写命令来同步。
- 部分重同步：用于处理断线之后重复制的情况。当服务器出现断连，如果条件允许，主服务器可以将与某从服务器断连期间内的写命令发送给从服务器，这样就可以不用RDB实现同步了。
部分重同步的实现：
- 复制偏移量
主从服务器都会维护一个偏移量，这个偏移量表示当前最新执行了的命令字节位置。对，这里的单位不是命令数量，而是字节。如果两个服务器发生断裂，那么主服务器发送偏移量之间的命令即可； - 复制积压缓冲区
主服务器保存的命令数量肯定不能时无限的，所以，需要通过一个先进先出的队列，保存最近执行的命令，队列长度是固定的，默认位1MB。如果主从之间的偏移量超出了队列长度，那么就会采用完整同步方式了。
对于缓冲区的大小，可以参照平均断连修复时间和平均单位时间内命令个数之积来确定。 - 服务器运行ID
每个主从服务器都有自己的ID，从服务器在初次同步的时候，就会保存主服务器的ID；在断连之后的同步中，就会发送之前保存的主服务器ID。如果之后的ID不同，那说明主服务器发生变更，那么就直接执行完整同步。
PSYNC命令的具体流程入下图所示。
复制的实现
步骤如下：
- 设置主服务器的地址和端口；
- 建立套接字；
- 发送PING命令；
- 身份验证；
- 发送端口信息；
- 同步；
- 命令传播。
心跳检测
心跳检测具有三个作用：
- 检测主从服务器的网络连接状态。
- 辅助实现min-slaves选项。
防止主服务器在不安全的情况下执行写命令，例如从服务器数量少于3个或者3个服务器延迟都大于10秒。 - 检测命令丢失。
哨兵机制
哨兵是Redis的高可用性解决方法，由一个或者多个哨兵实例组成的哨兵系统，可以监视多个主从服务器，如果某个主服务器挂了，那么哨兵就会选出一个从服务器作为新的主服务器。
启动并初始化哨兵
当一个哨兵启动的时候，它需要执行以下步骤 ：
- 初始化服务器；
哨兵本质上就是一个Redis服务器，只是功能不同而已。 - 将普通的Redis服务器使用的代码替换为哨兵专用代码；
哨兵模式下就不能使用数据库相关的命令了。 - 初始化哨兵的状态；
初始化一个数据结构，用于保存服务器重所有和哨兵功能相关的状态。 - 根据给定的配置文件，初始化哨兵的监视主服务器列表
哨兵状态中的masters字典记录了所有被哨兵监视的主服务器相关信息，其中，字典的键就是主服务器的名字，字典的值就是被监视主服务器对于的数据结构。 - 创建连向主服务器的网络连接。
哨兵会为每个被监视的主服务器创建两个异步网络连接，一个是发送命令用的连接，一个是订阅消息用的连接。
获取主服务器信息
哨兵会以默认十秒的间隔，向主服务器请求当前信息，这些信息包括：
- 主服务器本身的信息，包括id，角色。
- 该主服务器下的从服务器信息，包括ip，端口，角色。
获取从服务器信息
当通过主服务器，哨兵发现有新的从服务器出现时，就会与其建立相应的命令和订阅连接。
在通过命令连接之后确定了订阅信息之后，哨兵同样会以每十秒一次的频率，通过订阅连接向从服务器请求信息，包括：
- 从服务器的运行ID、角色。
- 它的主服务器的IP和端口。
- 主从的连接状态，从服务区的优先级，从服务器的复制偏移量。
这些信息会被保存在sentinels字典当中。
与其他哨兵进行连接
当多个哨兵监视同一个主服务器，他们就会自动发现对方的存在。当一个哨兵发现了一个新的哨兵之后，它不仅会在字典中创建一个性的哨兵实例，相互之间还会建立起一个新的命令连接。但是不会建立订阅连接，因为什么什么信息需要周期知道的。
检测主观下线状态
哨兵会像每个与之建立连接的服务器发送PING命令，如果在一定时间内没有接收到回应，就会主观认为该对于服务器已经下线了。
主观下线时长用于判断监视的所有服务器的状态，不同哨兵的时长是不同的。
检测客观下线状态
当一个哨兵将一个主服务器判断为主观下线了的时候，它会询问其他也监视了这个服务器的哨兵们，这个主服务器状态。当判断其他哨兵中得出的主观下线状态达到一个值，该该哨兵会将该服务器标识为客观下线状态。
对于多少个哨兵认为主观下线了，才能被判断是客观下线了，这个阈值可以在初始配置文件中规定，而且也会随着哨兵的数量而发生改变。
选举领头哨兵
当一个主服务器被判断为客观下线了，监视这个主服务器的各个哨兵会进行协商，选举出一个领头哨兵，并由领头哨兵对下线主服务器执行故障转移操作。
选举流程如下：
- 选举由很多个轮投票组成，每轮就是一个纪元，每个纪元都会选出一些头领，直到最后剩下一个头领。
- 最开始的纪元，每个哨兵都会要求其他哨兵将自己设置为头领，每个哨兵会把票投给最先接收到请求的哨兵，然后会产生个数大于一个的局部头领。
- 在接下来的纪元，所有局部头领之间开始同样的选举，直到最后剩下一个头领。
- 最后的头领的得票数必须的大于哨兵总数的一半，所以，哨兵个数最好是个奇数。
- 对于在给定时间内没有出现头领，会重新进行一轮选举。
故障转移
当产生头领哨兵之后，头领会对已经下线的主服务器做故障转移的操作，包括三个步骤：
- 在已经下线的主服务器的所有从服务器中选一个，将其转化为主服务器；
- 让其他的从服务器复制这个新的主服务器；
- 当旧的主服务器又上线了，它就会成为新主服务器的从服务器。
集群
Redis集群是Redis提供分布式数据库方案，集群通过分片来进行数据共享，并提供复制和故障转移的功能。
分片就是将所有键值对分成一段段的，一个节点处理一段。
节点
集群需要由许多节点够成，将独立的节点组建成集群就需要将它们连接在一起。通过CLUSTER MEET <ip> <port>命令即可。
启动节点
一个节点就是运行在集群模式下的Redis服务器，服务器在启动的时候会根据cluster-enabled配置来确定是否开始集群模式。集群模式下的服务器，以然会使用单机模式下的大部分功能。
CLUSTER MEET命令实现
接收到消息的双方都会为对方建立一个节点的数据对象，然后放到自己的节点字典中以备使用。然后新加入的节点还会和其他的节点进行握手，经过一段时间之后，整个集群都能知道这个节点进来了。
槽指派
Redis集群通过分片的方式来保存数据库中的键值对，集群的整个数据库被分为16384个槽，数据库中的每个键都会在一个槽中，集群中的每个节点可以处理0到16384个槽。只有在所有的槽都有被某个节点处理的时候，集群才是处于上线的状态。
通过CLUSTER ADDSLOTS <slot> [slot...]命令，可以将一个或多个槽指派给相应的节点负责。
当一个节点保存自己需要负责的槽之后，还会将负责的信息告知给其他所有的节点。这样，当其他节点收到不属于自己负责槽的键值请求的时候，就会返回一个MOVED错误i将处理该槽的节点IP发给客户端。
集群中的命令执行
当所有槽都被指派了，集群就开始上线了，可以接收外界的读写命令。流程如下：
节点数据库的实现
与单机数据方面的一个区别是，集群节点只能使用0号数据库。
集群节点还会用跳跃表来保存槽与键的关系，跳跃表每个节点的分值都是一个槽号，每个节点的成员就是数据库键。
ASK错误
当集群中需要将节点负责的槽进行转移到其他节点上，就是重新分片。而在重新分片的过程中，如果出现了对正在迁移的那部分槽中的键值进行操作，而且槽已经被迁移走了，那么就会返回一个ASK错误，让客户端去目标节点再去找。
ASK错误和MOVED错误的异同：
- 二者都会让客户端去别的节点上寻找键值对。
- 产生的原因是不同的，ASK错误是因为节点正在迁移槽，请求槽被重新分片了，而MOVED错误是因为槽的负责权已经转移到了另一个节点。
复制与故障转移
集群中的节点角色可以分为主节点和从节点，集群中可以有很多个主节点和从节点。从节点复制主节点数据库，主节点负责处理槽数据。这样可以避免主几点挂了，数据都没了。
当主节点挂了之后，它的从节点中就会选出一个新的主节点。选举算法和上面的哨兵头领选举算法差不多。
故障检测
集群中每个节点都会定期的向其他节点发送PING消息，来检测对方是否在线。如果发现对方下线，同样会采用服从多数的方式来判断节点是否真的下线。