理解Redis集群

- 日理万妓 2022-05-27 00:27 128阅读 0赞

### 一、什么是Redis集群 ###

Redis 集群是一个分布式（distributed）、容错（fault-tolerant）的 Redis 实现， 集群可以使用的功能是普通单机 Redis 所能使用的功能的一个子集（subset）。

Redis 集群中不存在中心（central）节点或者代理（proxy）节点， 集群的其中一个主要设计目标是达到线性可扩展性（linear scalability）。

Redis 集群提供了一种运行 Redis 的方式，其中数据在多个 Redis 节点间自动分区。Redis 集群还在分区期间提供一定程度的可用性，即在实际情况下能够在某些节点发生故障或无法通信时继续运行。但是，如果发生较大故障（例如，大多数主站不可用时），集群会停止运行。

### 二、Redis集群模型 ###

![70][]

1)：所有的节点通过服务通道直接相连，各个节点之间通过二进制协议优化传输的速度和带宽。

2）：客户端与节点之间通过 ascii 协议进行通信

3）：客户端与节点直连，不需要中间 Proxy 层。客户端不需要连接集群所有节点，连接集群中任何一个可用节点即可。

4）：尽管这些节点彼此相连，功能相同，但是仍然分为两种节点：master 和 slave。

### 三、各个节点之间都传递了什么信息 ###

![70 1][]

通过上面的图我们可以知道各个节点之间通过 PING-PONG 机制通信，下面是一段关于 PING-PONG 机制的会话”内容”。

节点M：`PING，嘿，朋友你好吗？我是 XYZ 哈希槽的 master ，配置信息是 FF89X1JK。`

节点N：`PONG，我很好朋友，我也是 XYZ 哈希槽的 master ，配置信息是 FF89X1JK。`

节点M：`我这里有一些关于我最近收到的其他节点的信息 ，A 节点回复了我的 PING 消息，我认为 A 节点是正常的。B 没有回应我的消息，我猜它现在可能出问题了，但是我需要一些 ACK(Acknowledgement) 消息来确认。`

节点N：`我也想给你分享一些关于其它节点的信息，C 和 D 节点在指定的时间内回应了我， 我认为它们都是正常的，但是 B 也没有回应我，我觉得它现在可能已经挂掉了。`

每个节点会向集群中的其他节点发送节点状态信息，如果某个节点挂掉停止了服务，那么会执行投票容错机制，关于这个机制，会在下面讲到。

### 四、Hash 槽 ###

![70 2][]  
Redis 集群不使用一致的散列，而是一种不同的分片形式，其中每个键在概念上都是我们称之为散列槽的一部分，目的是使数据均匀的存储在诸多节点中。这点类似于 HashMap 中的桶(bucket)。

Redis 集群中有 16384 个散列槽，为了计算给定密钥的散列槽，Redis 对 key 采用 CRC16 算法，以下是负责将键映射到槽的算法：

slot = crc16(key) mod NUMER_SLOTS

例如，你可能有3个节点，其中一个集群：

*  节点 A 包含从0到5500的散列槽。
 *  节点 B 包含从 5501 到 11000 的散列槽。
 *  节点 C 包含 从11001 到16383 的散列槽。

Hash 槽可以轻松地添加和删除集群中的节点。例如，如果我想添加一个新节点 D，我需要将节点 A，B，C 中的一些散列槽移动到 D。同样，如果我想从节点 A 中删除节点 A，可以只移动由 A 服务的散列槽到 B 和 C。当节点 A 为空时，可以将它从群集中彻底删除。

### 五、容错 ###

![70 3][]

*  集群中的节点不断的 PING 其他的节点，当一个节点向另一个节点发送 PING 命令， 但是目标节点未能在给定的时限内回复， 那么发送命令的节点会将目标节点标记为 PFAIL(possible failure，可能已失效)。
 *  当节点接收到其他节点发来的信息时， 它会记下那些被其他节点标记为失效的节点。 这被称为失效报告（failure report）。
 *  如果节点已经将某个节点标记为 PFAIL ， 并且根据节点所收到的失效报告显式， 集群中的大部分其他主节点也认为那个节点进入了失效状态， 那么节点会将那个失效节点的状态标记为 FAIL 。
 *  一旦某个节点被标记为 FAIL ， 关于这个节点已失效的信息就会被广播到整个集群， 所有接收到这条信息的节点都会将失效节点标记为 FAIL 。

简单来说， 一个节点要将另一个节点标记为失效， 必须先询问其他节点的意见， 并且得到大部分主节点的同意才行。

*  如果被标记为 FAIL 的是从节点， 那么当这个节点重新上线时， FAIL 标记就会被移除。 一个从节点是否处于 FAIL 状态， 决定了这个从节点在有需要时能否被提升为主节点。
 *  如果一个主节点被打上 FAIL 标记之后， 经过了节点超时时限的四倍时间， 再加上十秒钟之后， 针对这个主节点的槽的故障转移操作仍未完成， 并且这个主节点已经重新上线的话， 那么移除对这个节点的 FAIL 标记。在不符合上面的条件后，一旦某个主节点进入 FAIL 状态， 如果这个主节点有一个或多个从节点存在， 那么其中一个从节点会被升级为新的主节点， 而其他从节点则会开始对这个新的主节点进行复制。

参考资料：  
[https://redis.io/topics/cluster-tutorial][https_redis.io_topics_cluster-tutorial]  
[https://redis.io/presentation/Redis\_Cluster.pdf][https_redis.io_presentation_Redis_Cluster.pdf]  
[http://doc.redisfans.com/topic/cluster-spec.html][http_doc.redisfans.com_topic_cluster-spec.html]

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[https_redis.io_topics_cluster-tutorial]: https://redis.io/topics/cluster-tutorial
[https_redis.io_presentation_Redis_Cluster.pdf]: https://redis.io/presentation/Redis_Cluster.pdf
[http_doc.redisfans.com_topic_cluster-spec.html]: http://doc.redisfans.com/topic/cluster-spec.html