【Redis三种集群方案】

主从复制（Replication）

背景​

在早期的 Redis 版本中，Redis 是一个​​单机内存数据库​​，所有数据存储在单个节点上。虽然 Redis 本身性能极高（单机可达 10万+ QPS （​​Queries Per Second）），但随着业务增长，单机架构面临以下问题：

1.​​单点故障（SPOF, Single Point of Failure）​​

• 如果 Redis 主节点宕机，整个服务不可用，影响业务连续性。
• 数据丢失风险：如果主节点崩溃且未持久化，内存中的数据会全部丢失。

2.​​读写压力集中​​

• 所有读写请求都由单个节点处理，高并发场景下容易成为瓶颈。
• 特别是​​读多写少​​的业务（如缓存、排行榜、商品详情页），单节点难以支撑高 QPS（​​Queries Per Second）。

3.​​数据备份困难​​

• 虽然 Redis 支持 RDB（快照）和 AOF（日志）持久化，但恢复数据需要时间，无法实现​​实时热备​​。
• 人工备份方式（如 BGSAVE）无法满足高可用需求。

主从复制的诞生：解决单机 Redis 的痛点​​

为了应对上述问题，Redis 在 ​​2.8 版本​​ 正式引入了​​主从复制（Replication）​​机制，核心目标包括：

✅ ​​数据冗余（Data Redundancy）​​
- 从节点（Slave/Replica）实时或异步复制主节点（Master）的数据，避免单点数据丢失。
✅ ​​读写分离（Read/Write Splitting）​​
- 主节点负责​​写操作​​（SET、DEL 等），从节点负责​​读操作​​（GET、LRANGE 等），提升整体吞吐量。
✅ ​​故障恢复（Failover）​​
- 虽然原生主从复制​​不提供自动故障转移​​，但结合​​哨兵（Sentinel）​​可实现自动主从切换，提高可用性。
✅ ​​负载均衡（Load Balancing）​​
- 多个从节点可以分担读请求，适用于高并发查询场景（如电商商品页、社交网络 feed 流）。

Redis 的主从数据同步分为 全量同步（Full Sync） 和 增量同步（Partial Sync） 两个阶段，核心目标是保证从节点（Replica）与主节点（Master）的数据一致性。Redis的主从复制解决了高并发读的问题。

全量同步（Full Sync）

增量同步（Partial Sync）

哨兵模式（Sentinel）

核心作用

Redis 哨兵（Sentinel）是官方提供的 高可用（HA）解决方案，主要用于监控、管理和保护 Redis 主从架构，确保服务在故障时自动恢复。解决了高可用的问题。

主节点故障检测与自动故障转移（Failover）

• 持续监控主节点（Master）和从节点（Replica）：哨兵会定期向所有节点发送 PING 命令，检测其存活状态。

• 判定主节点下线：
  主观下线（SDOWN）：单个哨兵认为主节点不可用（如超时未响应）。
  客观下线（ODOWN）：当多数哨兵（配置的 quorum 数量）确认主节点下线，触发故障转移。

• 选举新主节点：
  哨兵集群通过 Raft 算法 协商，从从节点中选举一个最优节点（如复制偏移量最新）晋升为新主节点。

• 自动切换配置：
  哨兵会通知客户端和其他从节点新的主节点地址，更新全局配置。

脑裂

在 Redis 主从架构中，当主节点（Master）与哨兵（Sentinel）/从节点（Replica）之间的网络突然断开（但客户端仍可连接主节点），系统可能错误地认为主节点已宕机，从而选举出新主节点。此时会出现：

原主节点：仍在接收写请求（但无法同步到从节点）

新主节点：开始接收新写请求

结果导致 两个主节点同时写入数据，造成严重的数据不一致。

脑裂的解决方案

# 从节点最小写入要求(主节点必须至少有 N 个从节点连接才能接受写操作)
min-replicas-to-write <number>
# 从节点最大延迟(允许从节点复制的最大延迟时间（秒）)
min-replicas-max-lag <seconds>

分片集群（Cluster）

主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。但是依然有两个问题没有解决：

• 海量数据存储问题
• 高并发写的问题

使用分片集群可以解决上述问题，分片集群特征：

• 集群中有多个master，每个master保存不同数据
• 每个master都可以有多个slave节点
• master之间通过ping监测彼此健康状态
• 客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会被转发到正确节点

分片集群结构——数据读写

关键点：
​​- 槽位计算​​：使用CRC16算法计算key的哈希值，取模16384得到槽位号
​​- 槽位检查​​：节点检查槽位是否由自己负责