深入理解redis cluster原理！
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悲伤∩侵蚀的笑
2025-03-28 01:48:19
Redis Cluster原理深入理解如下：
背景与动机：
- 单机模式的局限性：受限于内存容量，Redis在单机模式下无法缓存大量数据，超过一定量后会自动清理数据以保持性能。
- 集群功能的引入：自Redis 3.0版本起，Redis引入了集群功能，通过多个master节点分担数据存储，每个master节点负责一部分数据，从而支持海量数据的存储。
数据分布与分片：
- 自动分片：Redis Cluster架构中，数据自动进行分片，每个master节点存储一部分数据。
- Slot方式：Redis Cluster使用固定16384个hash slot来分布数据。对每个key计算CRC16值，然后对16384取模，得到对应的hash slot。每个master节点持有部分slot，通过slot分布数据，使得节点的增加和删除操作变得简单。
高可用性与故障转移：
- 主备节点：每个master节点下可以挂载多个slave节点，当master节点出现故障时，系统会自动进行主备切换，提高整体的高可用性。
- 故障检测：节点间通过gossip协议进行通信，用于交换节点元数据、故障信息等。当一个节点认为另一个节点宕机时，会发出fail消息，如果多个节点确认同一节点宕机，则视为真正的故障。
- 主备切换：当节点检测到master节点故障时，会将其标记为pfail。当多个节点均确认同一master故障时，故障变为fail状态。基于每个从节点对master复制数据的offset设置的选举时间，选举出新的master节点。多数节点投票给某个从节点后，该从节点执行主备切换，成为新的master节点。
节点间通信：
- gossip协议：Redis Cluster节点之间通过gossip协议进行通信，这是一种最终一致性协议，允许节点间数据同步存在延迟。
- 通信端口：节点间通信使用专门的端口，即服务端口加10000。
- Gossip消息：通过ping、pong、meet、fail等Gossip消息实现信息交换。
数据分布方式的对比：
- 哈希方式：根据key的哈希值对节点数据进行取模计算，将数据分发到特定节点上。存在明显的缺陷，如节点故障后数据分布可能发生改变。
- 一致性哈希方式：通过将节点分布在虚拟环上，利用key的哈希值映射到环上的特定位置，将数据存储到对应的节点。能有效避免数据分布的不连续性，但存在“雪崩”效应的风险。
- Redis Cluster的虚拟节点：为解决一致性哈希的“雪崩”问题，Redis Cluster引入了虚拟节点的概念。通过在环上分布大量的虚拟节点，每个虚拟节点关联到一个真实节点，从而分散数据存储，降低数据分布的集中性。
综上所述，Redis Cluster通过自动分片、主备节点、故障转移、节点间通信以及虚拟节点等机制，实现了海量数据的存储和高可用性。
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