Redis集群原理

Redis集群采用无中心结构,节点间通过二进制协议通信,并通过多数节点投票进行故障检测。每个节点映射一部分哈希槽,客户端可以直接连接任一节点操作数据。在投票过程中,当半数以上master节点与某个master通信超时,认为该master挂掉。若集群slot映射不完整或超过半数master挂掉,集群会标记为fail状态。

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Redis-cluster架构图

在这里插入图片描述
1、所有的redis节点彼此互联(PING-PONG机制),内部使用二进制协议优化传输速度和带宽。

2、节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才生效。

3、客户端与redis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、redis-cluster把所有的物理节点映射到[0-16383]slot上,cluster 负责维护node<->slot<->value

Redis 集群中内置了 16384 个哈希槽,当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value 时,redis 先对 key 使用 crc16 算法算出一个结果,然后把结果对 16384 求余数,这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383 之间的哈希槽,redis 会根据节点数量大致均等的将哈希槽映射到不同的节点。一个节点对应一台redis服务器。16384个哈希槽最大可以对应16384台redis服务器。

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Redis-cluster投票&容错

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投票过程是集群中所有master参与,如果半数以上master节点与master节点通信超时(cluster-node-timeout),认为当前master节点挂掉。

什么时候整个集群不可用(cluster_state:fail)?
A:如果集群任意master挂掉,且当前master没有slave.集群进入fail状态,也可以理解成集群的slot映射[0-16383]不完整时进入fail状态. ps : redis-3.0.0.rc1加入cluster-require-full-coverage参数,默认关闭,打开集群兼容部分失败。
B:如果集群超过半数以上master挂掉,无论是否有slave,集群进入fail状态。

### Redis Cluster 工作原理与架构设计 Redis Cluster 是 Redis 的分布式实现,旨在提供高可用性、水平扩展以及自动故障转移的能力。其核心架构基于无中心节点的设计,所有节点通过 Gossip 协议进行通信,形成一个分布式的对等网络[^2]。集群中的每个节点负责一部分数据,并且节点之间可以自动进行数据迁移和故障转移。 Redis Cluster 的节点分为数据节点和客户端节点。数据节点负责存储实际的数据,并参与集群的管理与协调。客户端节点可以直接与任意节点通信,如果访问的数据不在该节点上,节点会返回一个重定向响应,引导客户端连接到正确的节点[^1]。 ### 数据分片机制 Redis Cluster 采用虚拟槽(hash slot)的方式进行数据分片。整个集群被划分为 16384 个哈希槽(hash slots),每个键通过 CRC16 校验后对 16384 取模,决定其所属的槽位。每个节点负责一部分哈希槽的存储[^2]。例如,在一个包含三个节点的集群中,每个节点可能分别负责 5461 个哈希槽。 这种分片方式允许 Redis Cluster 在节点数量变化时重新分配哈希槽,从而实现负载均衡。当节点加入或离开集群时,系统会自动迁移部分哈希槽及其数据,确保数据的均匀分布和高可用性[^1]。 ### 容错与故障转移机制 Redis Cluster 通过节点间的 Gossip 协议实现节点发现、健康检查和故障检测。每个节点定期与其他节点交换状态信息,以维护集群的整体视图。当某个节点发生故障时,集群能够自动检测到,并触发故障转移流程。故障转移过程中,从节点会被提升为新的主节点,接管原主节点的哈希槽,并继续提供服务。 为了确保故障转移的可靠性,Redis Cluster 使用类似 Raft 的投票机制。当一个节点被标记为失败时,其他节点会发起投票,选出一个合适的从节点进行故障转移。故障转移完成后,新的主节点会通知其他节点更新集群状态,确保整个集群的一致性[^2]。 ### 集群管理与数据迁移 Redis Cluster 支持在线扩容和缩容,允许在不中断服务的情况下添加或移除节点。当集群需要扩容时,系统会将部分哈希槽从现有节点迁移到新加入的节点上。迁移过程是渐进的,确保在迁移期间服务的连续性。 数据迁移由集群的管理命令(如 `CLUSTER ADDSLOTS` 和 `CLUSTER DELSLOTS`)触发,并通过 `MOVED` 响应机制引导客户端访问新的节点。迁移过程中,源节点和目标节点都会暂时保留数据副本,直到迁移完成[^2]。 ### 示例:创建 Redis Cluster 以下是一个简单的 Redis Cluster 创建示例,使用 `redis-cli` 工具: ```bash # 启动多个 Redis 实例,分别监听不同的端口 redis-server --port 7000 redis-server --port 7001 ... # 使用 redis-cli 创建集群 redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 \ --cluster-replicas 1 ``` 上述命令将创建一个包含三个主节点和三个从节点的 Redis Cluster,每个主节点对应一个从节点,提供高可用性[^1]。 ###
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