亿级流量电商详情页系统实战-22.redis cluster的核心原理分析：gossip通信、jedis smart定位、主备切换

短命女 2023-01-12 10:18 26阅读 0赞

# 1.节点间的内部通信机制 #

## 1.1 基础通信原理 ##

redis cluster节点间采取gossip协议进行通信，跟集中式不同，不是将集群元数据（节点信息，故障，等等）集中存储在某个节点上，而是互相之间不断通信，保持整个集群所有节点的数据是完整的。

*  集中式：好处在于，元数据的更新和读取，时效性非常好，一旦元数据出现了变更，立即就更新到集中式的存储中，其他节点读取的时候立即就可以感知到；不好在于，所有的元数据的跟新压力全部集中在一个地方，可能会导致元数据的存储有压力
 *  gossip：好处在于，元数据的更新比较分散，不是集中在一个地方，更新请求会陆陆续续，打到所有节点上去更新，有一定的延时，降低了压力；缺点，元数据更新有延时，可能导致集群的一些操作会有一些滞后

## 1.2 10000端口 ##

每个节点都有一个专门用于节点间通信的端口，就是自己提供服务的端口号+10000，比如7001，那么用于节点间通信的就是17001端口。每隔节点每隔一段时间都会往另外几个节点发送ping消息，同时其他几点接收到ping之后返回pong。

## 1.3 交换的信息 ##

故障信息，节点的增加和移除，hash slot信息，等等

## 1.4 gossip协议 ##

*  gossip协议包含多种消息，包括ping，pong，meet，fail，等等
 *  meet: 某个节点发送meet给新加入的节点，让新节点加入集群中，然后新节点就会开始与其他节点进行通信
    
    redis-trib.rb add-node 其实内部就是发送了一个gossip meet消息，给新加入的节点，通知那个节点去加入我们的集群
 *  ping: 每个节点都会频繁给其他节点发送ping，其中包含自己的状态还有自己维护的集群元数据，互相通过ping交换元数据
    
    每个节点每秒都会频繁发送ping给其他的集群，ping，频繁的互相之间交换数据，互相进行元数据的更新
 *  pong: 返回ping和meet，包含自己的状态和其他信息，也可以用于信息广播和更新
 *  fail: 某个节点判断另一个节点fail之后，就发送fail给其他节点，通知其他节点，指定的节点宕机了

## 1.5 ping消息深入 ##

*  ping很频繁，而且要携带一些元数据，所以可能会加重网络负担
 *  每个节点每秒会执行10次ping，每次会选择5个最久没有通信的其他节点
 *  当然如果发现某个节点通信延时达到了cluster\_node\_timeout / 2，那么立即发送ping，避免数据交换延时过长，落后的时间太长了
    
    比如说，两个节点之间都10分钟没有交换数据了，那么整个集群处于严重的元数据不一致的情况，就会有问题
    
    所以cluster\_node\_timeout可以调节，如果调节比较大，那么会降低发送的频率
 *  每次ping，一个是带上自己节点的信息，还有就是带上1/10其他节点的信息，发送出去，进行数据交换。至少包含3个其他节点的信息，最多包含总节点-2个其他节点的信息

# 2.面向集群的jedis内部实现原理 #

jedis：redis的java client客户端，jedis cluster api与redis cluster集群交互的一些基本原理

## 2.1 基于重定向的客户端 ##

redis-cli -c：自动重定向

## 2.2 请求重定向 ##

*  客户端可能会挑选任意一个redis实例去发送命令，每个redis实例接收到命令，都会计算key对应的hash slot
 *  如果在本地就在本地处理，否则返回moved给客户端，让客户端进行重定向  
    (1) cluster keyslot mykey，可以查看一个key对应的hash slot是什么  
    (2) 用redis-cli的时候，可以加入-c参数，支持自动的请求重定向，redis-cli接收到moved之后，会自动重定向到对应的节点执行命令

## 2.3 计算hash slot ##

*  计算hash slot的算法，就是根据key计算CRC16值，然后对16384取模，拿到对应的hash slot
 *  用hash tag可以手动指定key对应的slot，同一个hash tag下的key，都会在一个hash slot中，比如set mykey1:\{100\}和set mykey2:\{100\}

## 2.4 hash slot查找 ##

节点间通过gossip协议进行数据交换，就知道每个hash slot在哪个节点上

# 2.5 smart jedis #

*  什么是smart jedis  
    基于重定向的客户端，很消耗网络IO，因为大部分情况下，可能都会出现一次请求重定向，才能找到正确的节点.所以大部分的客户端，比如java redis客户端，就是jedis，都是smart的
    
    本地维护一份hashslot -> node的映射表，缓存，大部分情况下，直接走本地缓存就可以找到hashslot -> node，不需要通过节点进行moved重定向
 *  JedisCluster的工作原理
    
    (1) 在JedisCluster初始化的时候，就会随机选择一个node，初始化hashslot -> node映射表，同时为每个节点创建一个JedisPool连接池
    
    (2) 每次基于JedisCluster执行操作，首先JedisCluster都会在本地计算key的hashslot，然后在本地映射表找到对应的节点
    
    (3) 如果那个node正好还是持有那个hashslot，那么就ok; 如果说进行了reshard这样的操作，可能hashslot已经不在那个node上了，就会返回moved
    
    (4) 如果JedisCluter API发现对应的节点返回moved，那么利用该节点的元数据，更新本地的hashslot -> node映射表缓存
    
    (5) 重复上面几个步骤，直到找到对应的节点，如果重试超过5次，那么就报错，JedisClusterMaxRedirectionException  
        a.jedis老版本，可能会出现在集群某个节点故障还没完成自动切换恢复时，频繁更新hash slot，频繁ping节点检查活跃，导致大量网络IO开销  
         b.jedis最新版本，对于这些过度的hash slot更新和ping，都进行了优化，避免了类似问题
 *  hashslot迁移和ask重定向  
    (1) 如果hash slot正在迁移，那么会返回ask重定向给jedis
    
    (2) jedis接收到ask重定向之后，会重新定位到目标节点去执行，但是因为ask发生在hash slot迁移过程中，所以JedisCluster API收到ask是不会更新hashslot本地缓存
    
    (3) 已经可以确定说，hashslot已经迁移完了，moved是会更新本地hashslot->node映射表缓存的

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# 3.高可用性与主备切换原理 #

redis cluster的高可用的原理，几乎跟哨兵是类似的

## 3.1 判断节点宕机 ##

*  如果一个节点认为另外一个节点宕机，那么就是pfail，主观宕机
 *  如果多个节点都认为另外一个节点宕机了，那么就是fail，客观宕机，跟哨兵的原理几乎一样，sdown，odown
 *  在cluster-node-timeout内，某个节点一直没有返回pong，那么就被认为pfail
 *  如果一个节点认为某个节点pfail了，那么会在gossip ping消息中，ping给其他节点，如果超过半数的节点都认为pfail了，那么就会变成fail

## 3.2 从节点过滤 ##

*  对宕机的master node，从其所有的slave node中，选择一个切换成master node
 *  检查每个slave node与master node断开连接的时间，如果超过了cluster-node-timeout \* cluster-slave-validity-factor，那么就没有资格切换成master  
    这个也是跟哨兵是一样的，从节点超时过滤的步骤

## 3.3 从节点选举 ##

*  哨兵：对所有从节点进行排序，slave priority，offset，run id
 *  每个从节点，都根据自己对master复制数据的offset，来设置一个选举时间，offset越大（复制数据越多）的从节点，选举时间越靠前，优先进行选举
 *  所有的master node开始slave选举投票，给要进行选举的slave进行投票，如果大部分master node（N/2 + 1）都投票给了某个从节点，那么选举通过，那个从节点可以切换成master
 *  从节点执行主备切换，从节点切换为主节点

## 3.4 与哨兵比较 ##

整个流程跟哨兵相比，非常类似，所以说，redis cluster功能强大，直接集成了replication和sentinal的功能