1.前言

Redis集群模式主要有2種:

主從集群、分布式集群。

前者主要是為了高可用或是讀寫分離，后者為了更好的存儲數(shù)據(jù)，負載均衡。

redis集群提供了以下兩個好處

1、將數(shù)據(jù)自動切分(split)到多個節(jié)點

2、當集群中的某一個節(jié)點故障時，redis還可以繼續(xù)處理客戶端的請求。

一個 redis 集群包含 16384 個哈希槽（hash slot），數(shù)據(jù)庫中的每個數(shù)據(jù)都屬于這16384個哈希槽中的一個。集群使用公式 CRC16(key) % 16384 來計算鍵 key 屬于哪個槽。集群中的每一個節(jié)點負責處理一部分哈希槽。

集群中的主從復制

集群中的每個節(jié)點都有1個至N個復制品，其中一個為主節(jié)點，其余的為從節(jié)點，如果主節(jié)點下線了，集群就會把這個主節(jié)點的一個從節(jié)點設置為新的主節(jié)點，繼續(xù)工作。這樣集群就不會因為一個主節(jié)點的下線而無法正常工作

注意：

1、如果某一個主節(jié)點和他所有的從節(jié)點都下線的話，redis集群就會停止工作了。redis集群不保證數(shù)據(jù)的強一致性，在特定的情況下，redis集群會丟失已經(jīng)被執(zhí)行過的寫命令

2、使用異步復制（asynchronous replication）是redis 集群可能會丟失寫命令的其中一個原因，有時候由于網(wǎng)絡原因，如果網(wǎng)絡斷開時間太長，redis集群就會啟用新的主節(jié)點，之前發(fā)給主節(jié)點的數(shù)據(jù)就會丟失。

2. 主從切換原理

Redis的主從原理與MySQL相似，都是設置兩臺機器，一主一從。也就是常說的熱備與冷備。設置主從的同時，設置兩個哨兵進程，用來檢測主節(jié)點是否宕機。若發(fā)現(xiàn)主節(jié)點宕機，立馬從從節(jié)點內選取出合適的節(jié)點 作為新的主節(jié)點。這點與VIP(虛擬IP技術有點相似)。

3.Redis群集TCP端口

每個Redis群集的節(jié)點都需要打開兩個TCP連接，由于這兩個連接就需要兩個端口，分別是用于為客戶端提供服務的常規(guī)Redis TCP命令端口（例如6379）以及通過將10000和命令端口相加（10000+6379）而獲得的端口，就是集群端口（例如16379）。

第二個大號端口用于群集總線，即使用二進制協(xié)議的節(jié)點到節(jié)點通信通道。 節(jié)點使用群集總線進行故障檢測，配置更新，故障轉移授權等。 客戶端不應嘗試與群集總線端口通信，為了保證Redis命令端口的正常使用，請確保在防火墻中打開這兩個端口，否則Redis群集節(jié)點將無法通信。

命令端口和集群總線端口偏移量是固定的，始終為10000。

請注意，為了讓Redis群集正常工作，您需要為每個節(jié)點：

1、用于與客戶端進行通信的普通客戶端通信端口（通常為6379）對所有需要到達群集的客戶端以及所有其他群集節(jié)點（使用客戶端端口進行密鑰遷移）都是開放的。

2、集群總線端口（客戶端端口+ 10000）必須可從所有其他集群節(jié)點訪問。

如果您不打開這兩個TCP端口，則您的群集將無法正常工作。

集群總線使用不同的二進制協(xié)議進行節(jié)點到節(jié)點的數(shù)據(jù)交換，這更適合于使用很少的帶寬和處理時間在節(jié)點之間交換信息。

4.Redis集群和Docker

目前，Redis群集不支持NAT地址環(huán)境，并且在IP地址或TCP端口被重新映射的一般環(huán)境中。

Docker使用一種叫做端口映射的技術：Docker容器中運行的程序可能會暴露在與程序認為使用的端口不同的端口上。 這對于在同一服務器中同時使用相同端口運行多個容器很有用。

為了使Docker與Redis Cluster兼容，您需要使用Docker的主機聯(lián)網(wǎng)模式。 請查看Docker文檔中的–net = host選項以獲取更多信息。

5.Redis集群數(shù)據(jù)分片

Redis集群沒有使用一致的散列，而是一種不同的分片形式，其中每個 key 在概念上都是我們稱之為散列槽的部分。

Redis集群中有16384個散列槽，為了計算給定 key 的散列槽，我們簡單地取16384模的CRC16。

Redis集群中的每個節(jié)點負責哈希槽的一個子集，例如，您可能有一個具有3個節(jié)點的集群，其中：

• 1、節(jié)點A包含從0到5500的散列槽。
• 2、節(jié)點B包含從5501到11000的散列槽。
• 3、節(jié)點C包含從11001到16383的散列槽。

這允許輕松地添加和刪除集群中的節(jié)點。例如，如果我想添加一個新節(jié)點D，我需要將節(jié)點A，B，C中的一些散列槽移動到D。同樣，如果我想從集群中刪除節(jié)點A，我可以只移動由A使用的散列槽到B和C，當節(jié)點A將為空時，我可以將它從群集中徹底刪除。

因為將散列槽從一個節(jié)點移動到另一個節(jié)點不需要停機操作，添加和移除節(jié)點或更改節(jié)點占用的散列槽的百分比也不需要任何停機時間。

只要涉及單個命令執(zhí)行（或整個事務或Lua腳本執(zhí)行）的所有 key 都屬于同一散列插槽，Redis群集就支持多個 key 操作。用戶可以使用稱為散列標簽的概念強制多個 key 成為同一個散列槽的一部分。

Hash標記記錄在Redis集群規(guī)范文檔中，但要點是如果在關鍵字{}括號內有一個子字符串，那么只有該花括號“{}”內部的內容被散列，例如 this{foo}key 和 another{foo}key 保證在同一散列槽中，并且可以在具有多個 key 作為參數(shù)的命令中一起使用。

6.Redis集群之主從模型

為了在主服務器節(jié)點的子集失敗或不能與大多數(shù)節(jié)點通信時保持可用，Redis集群使用主從模型，其中每個散列槽從1（主服務器本身）到N個副本（N -1個附加從節(jié)點）。

在我們具有節(jié)點A，B，C的示例的群集中，如果節(jié)點B失敗，則群集無法繼續(xù)，因為我們沒有辦法再在5501-11000范圍內提供散列槽。然而，當創(chuàng)建集群時（或稍后），我們?yōu)槊總€主服務器節(jié)點添加一個從服務器節(jié)點，以便最終集群由作為主服務器節(jié)點的A，B，C以及作為從服務器節(jié)點的A1，B1，C1組成，如果節(jié)點B發(fā)生故障，系統(tǒng)能夠繼續(xù)運行。節(jié)點B1復制B，并且B失敗，則集群將促使節(jié)點B1作為新的主服務器節(jié)點并且將繼續(xù)正確地操作。

但請注意，如果節(jié)點B和B1在同一時間發(fā)生故障，則Redis群集無法繼續(xù)運行。

7.Redis集群一致性保證

Redis 集群無法保證很強的一致性。實際上，這意味著在某些情況下，Redis 集群可能會丟失系統(tǒng)向客戶確認的寫入。

Redis集群可能會丟失寫入的第一個原因是因為它使用異步復制。這意味著在寫入期間會發(fā)生以下事情：

• 1、你的客戶端寫給主服務器節(jié)點 B
• 2、主服務器節(jié)點B向您的客戶端回復確認。
• 3、主服務器節(jié)點B將寫入傳播到它的從服務器B1，B2和B3。

正如你可以看到主服務器節(jié)點 B 在回復客戶端之前不等待B1，B2，B3的確認，因為這會對Redis造成嚴重的延遲損失，所以如果你的客戶端寫入了某些東西，主服務器節(jié)點 B 確認寫入，就在將寫入發(fā)送給它的從服務器節(jié)點存儲之前系統(tǒng)崩潰了，其中一個從站（沒有收到寫入）可以提升為主站，永遠丟失寫入。

這與大多數(shù)配置為每秒將數(shù)據(jù)刷新到磁盤的數(shù)據(jù)庫所發(fā)生的情況非常相似，因為過去的經(jīng)驗與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有關，不會涉及分布式系統(tǒng)，因此您已經(jīng)能夠推斷這種情況。同樣，通過強制數(shù)據(jù)庫在回復客戶端之前刷新磁盤上的數(shù)據(jù)，這樣可以提高一致性，但這通常會導致性能極低。這與Redis Cluster中的同步復制相當。

基本上，性能和一致性之間需要權衡。

Redis集群在絕對需要時也支持同步寫入，通過WAIT命令實現(xiàn)，這使得丟失寫入的可能性大大降低，但請注意，即使使用同步復制，Redis集群也不可能實現(xiàn)完全的一致性：總是有可能會發(fā)生故常，在無法接受寫入的從設備被選為主設備的時候 。

還有另一個值得注意的情況，Redis集群也將丟失數(shù)據(jù)的寫入，這種情況發(fā)生在網(wǎng)絡分區(qū)的時候，客戶端與包含至少一個主服務器的少數(shù)實例隔離。

以A，B，C，A1，B1，C1三個主站和三個從站組成的6個節(jié)點集群為例。還有一個客戶，我們會調用Z1。

分區(qū)發(fā)生后，可能在分區(qū)的一側有A，C，A1，B1，C1，另一側有B和Z1。

Z1仍然能夠寫入B，它也會接受Z1的寫入。如果分區(qū)在很短的時間內恢復，則群集將正常繼續(xù)。但是，如果分區(qū)使用比較長的時間將B1提升為多數(shù)側分區(qū)的主設備，則Z1發(fā)送給B的寫入操作將丟失。

請注意，Z1能夠發(fā)送給B的寫入量有一個最大窗口（maximum window）：如果分區(qū)多數(shù)側有足夠的時間選擇一個從設備作為主設備，那么少數(shù)側的每個主節(jié)點將停止接受寫操作。

這個時間值是Redis集群非常重要的配置指令，稱為 node timeout (節(jié)點超時)。

在節(jié)點超時過后，主節(jié)點被認為是失效的，并且可以被其副本之一替換。類似地，節(jié)點超時過后，主節(jié)點無法感知大多數(shù)其他主節(jié)點，它進入錯誤狀態(tài)并停止接受寫入。

8.redis容錯機制

每個redis提供了節(jié)點之間相互發(fā)送ping命令，用于測試每個節(jié)點的健康狀態(tài)，集群中連接正常的節(jié)點收到其他接節(jié)點發(fā)送的ping命令時，會返回一個pong字符串

Redis投票機制：如果一個節(jié)點A給B發(fā)送ping沒有得到pong返回，那么A就會通知其他節(jié)點再次給B發(fā)送ping，如果集群中超過一半的節(jié)點給B發(fā)送ping都沒有得到返回，那么B就被坐實game over了，所以為了避免單點故障，一般都會為redis的每個節(jié)點提供了備份節(jié)點，B節(jié)點掛掉之后立馬啟動B的節(jié)點服務器。

總結

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