1、簡述

Redis Cluster 集群中每個節(jié)點負責整個集群的一部分數(shù)據(jù)，每個節(jié)點上的數(shù)據(jù)多少可能不一樣，節(jié)點之間通過一種特殊的二進制協(xié)議交互集群信息。

Redis Cluster將所有數(shù)據(jù)劃分為16384個槽位，每個節(jié)點負責其中一部分槽位，槽位信息存儲于每個節(jié)點中，當redis客戶端來連接集群時，也會得到一份集群的槽位配置信息，這樣當客戶端要查找某個key時，可以直接定位到目標節(jié)點。

客戶端為了可以直接找到具體key所在的節(jié)點，需要緩存槽位相關(guān)信息，這樣就可快速定位到相對應的節(jié)點，同時可能存在客戶端與服務器存儲槽位信息不一致的情況，故需要糾正機制來實現(xiàn)槽位信息的校驗調(diào)整。

2、槽位定位算法

Redis Cluster默認會對key值使用crc16算法進行hash得到一個整數(shù)值，然后用該整數(shù)值對16384進行取模來得到具體槽位。Redis Cluster還允許用戶強制把某個key掛在特定槽位上，通過key字符串里面嵌入tag標記以此來強制key所掛的槽位等于tag所在的槽位。

3、跳轉(zhuǎn)機制

當客戶端向一個錯誤節(jié)點發(fā)送指令后，該節(jié)點會發(fā)現(xiàn)指令的key所在槽位并不歸自己管，此時它會向客戶端發(fā)送一個特殊的跳轉(zhuǎn)指令攜帶目標操作的節(jié)點地址，告訴客戶端去連接該節(jié)點以獲取數(shù)據(jù)?？蛻舳嗽谑盏組OVED指令后，要立即糾正本地槽位映射表，后續(xù)所有key將使用新的槽位映射表

4、key 遷移（redis-trib為例）

Redis遷移的單位是槽，即一個槽一個槽的遷移，當一個槽正在遷移時，這個槽就處于中間過渡狀態(tài)。如圖，這個槽在源節(jié)點的狀態(tài)為migrating，在目標節(jié)點的狀態(tài)為importing，表示數(shù)據(jù)正在從源節(jié)點流向目標節(jié)點。

redis-trib會在源節(jié)點和目標節(jié)點設置好中間狀態(tài)，然后一次性獲取元節(jié)點槽位的多有key列表（keysinslot指令，也可部分獲取），然后挨個key進行遷移。每個key的遷移過程以源節(jié)點作為目標節(jié)點的“客戶端”，源節(jié)點對當前key執(zhí)行dump指令得到序列化內(nèi)容，然后通過“客戶端”向目標節(jié)點發(fā)送restore指令攜帶序列化的內(nèi)容作為參數(shù)，目標節(jié)點在進行反序列化將內(nèi)容恢復到目標節(jié)點內(nèi)存中，然后返回“客戶端”ok，源節(jié)點“客戶端”收到后再把當前節(jié)點的key刪掉就完成了單個key遷移的全過程。

遷移過程是同步的，在目標節(jié)點執(zhí)行restore指令到源節(jié)點刪除key之間，源節(jié)點的主線程會處于阻塞狀態(tài)，直到key被成功刪除。

遷移過程中，如果每個key的內(nèi)容都很小，那么migrate過程會很快，幾乎不會影響客戶端的正常訪問，如果key的內(nèi)容很大，因為migrate過程是阻塞的，所以會導致源節(jié)點和目標節(jié)點 卡頓，影響集群穩(wěn)定性，所以要避免大key。

5、容錯

當主節(jié)點發(fā)生故障，集群會自動將從節(jié)點提升為主節(jié)點，如果主節(jié)點沒有從節(jié)點，則發(fā)生故障時，集群不可用。同時Redis也提供了一個參數(shù) cluster-require-full-coverage 可以允許部分節(jié)點發(fā)生故障，其余節(jié)點可正常提供服務。

6、網(wǎng)絡抖動

由于網(wǎng)絡抖動問題導致主從頻繁切換，Redis Cluster 提供 cluster-node-timeout 參數(shù)，當某個節(jié)點持續(xù)時間timeout時間失聯(lián)時，才可以認定該節(jié)點出現(xiàn)故障，需要進行主從切換。同時參數(shù) cluster-slave-validity-factory 作為倍乘系數(shù)放大這個超時時間來寬容容錯的緊急程度，系數(shù)為零，主從切換不會抗拒網(wǎng)絡抖動，系數(shù)大于1則就成了主從切換的松弛系數(shù)。

7、可能下線（PFail）與確定下線（Fail）

因為Redis Cluster是去中心化的，一個節(jié)點認為某個節(jié)點失聯(lián)了并不代表所有節(jié)點都認為它失聯(lián)了，所以集群會通過以此協(xié)商過程，只有當大多數(shù)節(jié)點認為某個節(jié)點失聯(lián)了，那么該節(jié)點才需要進行主從切換來容錯。

Redis 集群節(jié)點采用Gossip協(xié)議來廣播自己的狀態(tài)以及來改變對整個集群的認知。當一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)某個節(jié)點失聯(lián)后（Pfail），它會將該失聯(lián)信息廣播到整個集群，其他節(jié)點就會收到節(jié)點失聯(lián)信息，如果收到某個節(jié)點失聯(lián)的節(jié)點數(shù)量（PFail Count）已經(jīng)達到集群的大多數(shù)，則可以標記該失聯(lián)節(jié)點為確定下線狀態(tài)（Fail），然后廣播到其它節(jié)點該節(jié)點確定下線的事實，并立即對該失聯(lián)節(jié)點進行主從切換。

8、槽位遷移感知

客戶端保存了槽位與節(jié)點的映射關(guān)系表，它需要及時得到更新，才可以正常地將某條指令發(fā)送到正確的節(jié)點中。Cluster中存在兩條特殊的error指令:

• MOVED指令：用來糾正槽位，客戶端會刷新自己的槽位關(guān)系表。
• ASKING指令：用來臨時糾正槽位，客戶端不會刷新自己的槽位關(guān)系表。

9、集群變更感知

當服務器節(jié)點變更時，客戶端如何得到通知并實時刷新自己的節(jié)點關(guān)系表？分為兩種情況：

• 目標節(jié)點掛掉了，客戶端會拋出一個 ConnectionError，緊接著會隨機挑選一個節(jié)點來重試，這時被重試的節(jié)點會通過MOVED指令告知目標槽位被分配到新的節(jié)點地址。
• 運維手動修改集群信息，將主節(jié)點切換為其他節(jié)點，并將主節(jié)點移除。這時打在舊節(jié)點上的指令會收到ClusterDown的錯誤，告知當前節(jié)點所在集群不可用（當前節(jié)點已被孤立，不在屬于之前集群），這時客戶端就會關(guān)閉所有連接，清空槽位映射關(guān)系表，然后向上報錯，待下一條指令過來時，就會重新嘗試初始化節(jié)點信息。

到此這篇關(guān)于Redis 集群模式(Cluster)原理詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis 集群模式內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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