Redis 集群的3种方式及其优缺点

1.主从复制

流程

• 从服务器连接到主服务器之后，发送sync同步命令
• 主服务器收到sync命令之后，执行BGSAVE命令生成RDB快照文件，并使用缓冲区记录此后执行的所有写命令
• 执行完BGSAVE命令后，主服务器向所有从服务器发送快照文件
• 从服务器收到快照文件后，移除所有旧数据，载入RDB快照数据
• 主服务器发完快照文件后，开始向从服务器同步缓冲区记录的写命令
• 从服务器完成快照文件写入后，开始接收命令请求，并执行来自主服务器缓冲区的写命令
• 主服务器每执行一条写命令，都会同步到从服务器

优点

• 支持主从复制，主机会自动将数据同步到从机，可以进行读写分离，减轻主机的压力
• 主机采用非阻塞形式给从机提供服务，在进行同步过程中，仍然可以提供查询和写入功能
• 从机同样采用非阻塞形式完成数据同步，如果同步过程中有查询请求，redis会返回同步之前的数据

缺点

• 不具备自动容错和恢复功能，主机从机的宕机都会导致部分读写请求失败，需要等待机器重启或者手动切换ip才能恢复
• 主机宕机，如果有部分写命令没有同步到从机，就会导致数据不一致问题，降低了系统可用性
• 主从结构较难支持在线扩容，集群容量达到上限后，扩容会变得非常复杂

2.哨兵模式

哨兵的作用：监控主服务器和从服务器是否正常运行；主服务器出现故障时，自动将从服务器升级为主服务器

流程

• 每个Sentinel（哨兵）进程每秒钟向整个集群中的 Master主服务器、Slave从服务器以及其他Sentinel进程发送一个PING命令
• 如果一个实例超过了最后一次有效回复时间（down-after-milliseconds 选项所指定的值），则这个实例会被Sentinel标记为主观下线
• 如果一个Master服务器被标记为主观下线，则正在监控这个主服务器的所有Sentinel进程要以每秒一次的频率确认Master是否确认进入了主观下线
• 当足够数量的Sentinel在指定时间范围内，确认了主服务器处于主观下线，则该主服务器会被标记为客观下线
• 一般情况下，每个Sentinel进程会每10秒向集群中的所有Master服务器、Slave服务器发送INFO命令
• 如果主服务器被标注为客观下线，则INFO命令发送频率变为每1秒发送一次
• 若没有足够数量的Sentinel进程同意Master主服务器下线，则Master的客观下线就会被移除。
• 若主服务器重新向Sentinel进程发送PING命令返回有效回复，则Master的主观下线就会被移除。

优点

哨兵模式是基于主从模式的，所有主从的优点，哨兵都有

主从可以自动切换，系统更健壮，可用性更高

缺点

较难支持在线扩容，集群容量达到上限时，扩容会变得非常复杂

3.集群模式

集群采用无中心结构，具体特点如下：

• 所有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
• 节点的fail是通过集群中超过半数节点的检测失效时才生效的
• 客户端与redis节点直连，不需要中间代理层，客户端不需要连接所有节点，只需要连接其中任意节点即可

流程

集群的工作方式：

• redis的每一个节点上都有slot槽，范围为0~16383。当我们的存取的key到达的时候，redis会根据crc16的算法得出一个结果，然后把该结果对16384取余。这样每个key对应的slot值都在0~16383之间，通过该值找到对应的节点，并跳转到该节点进行数据存取。
• 为了高可用，redis集群引入了主从模式，一个主节点对应一个或多个从节点，当主节点宕机的时候，就会启用从节点。当其他主节点ping一个主节点A时，如果半数以上的主节点与A通信超时，则认为主节点A宕机了。如果主节点A和他的从节点A1都宕机了，那么该集群就无法再提供服务了。

优点

• 无中心架构
• 数据按照slot存储分布在多个节点，节点间数据共享，可动态调整数据分布
• 可扩展性：可线性扩展到1000多个节点，节点可动态添加和删除
• 高可用：部分节点不可用时，集群仍可用。通过增加Slave做standby数据副本，能够实现故障自动failover，节点之间通过gossip协议交换状态信息，用投票机制完成Slave到Master的角色提升
• 降低运维成本，提高系统的扩展性和可用性

缺点

• 节点会因为某些原因发生阻塞（阻塞时间大于 cluster-node-timeout）,被判断下线，这种failover是没有必要的
• 数据通过异步复制，不能保证数据一致性
• 多个业务使用同一个集群时，无法根据统计区分冷热数据，资源隔离性较差，容易出现相互影响的情况
• 不支持多数据库空间，单机时可以选择16个数据库，集群只能选择一个数据库，即db0
• key批量操作限制，如mget、mset，目前只支持相同slot值的key执行批量操作，不同的slot不支持跨slot查询。

哨兵模式集群故障处理

如果客观下线的是从节点或者Sentinel节点，则到此为止；如果是主节点，则开始进行故障转移，从从节点中选举一个升级为主节点。

首先需要从Sentinel中选举一个为Sentinel leader，当一个sentinel节点确认主节点主观下线后，会请求其他sentinel节点将自己选举为leader，如果被请求sentinel节点没有同意过其他节点的选举请求，则同意，票数+1，反之则拒绝

Sentinel Leader选举出来之后，从从节点中选择一个节点作为主节点:

a.过滤故障节点

选择优先级slave-priority最大的作为主节点，若不存在则继续

b.选择复制偏移量最大的作为主节点，若不存在则继续

偏移量: 数据写入量的字节，记录写了多少数据。主服务器会把偏移量同步给从服务器，当主从的偏移量一致，则数据是完全同步

c.选择runid最小的作为主节点

runid: redis每次启动的时候生成随机的runid作为redis的标识

以上就是Redis 集群的3种方式及其优缺点分析

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