Redis：Redis集群模式(Cluster)原理_redis cluster 模式原理

1.前言

由于Redis主从复制模式和Redis哨兵模式采用的都是复制Master节点的数据，实现读写分离。但是这种设计存在一个严重的问题，它没有真正意义上实现数据分片。两个模式都有一个问题，不能水平扩容，并且这两个模式的高可用特性都会受到Master主节点内存的限制。Redis较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。所有Redis集群模式就是用来解决这个问题。

2. Redis Cluster集群模式

Redis Cluster是一种服务器Sharding技术，3.0版本开始正式提供。Redis集群搭建的方式有多种，例如使用zookeeper等，但从redis 3.0之后版本支持redis-cluster集群，Redis-Cluster采用无中心结构，每个节点保存数据和整个集群状态,每个节点都和其他所有 节点连接。其redis-cluster架构图如下：

在这个图中，每一个蓝色的圈都代表着一个redis的服务器节点。它们任何两个节点之间都是相互连通的。客户端可以与任何一个节点相连接，然后就可以访问集群中的任何一个节点。对其进行存取和其他操作。

其结构特点：

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（不一定是平均分配）,cluster 负责维护node<->slot<->value。
5. Redis集群预分好16384个桶，当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value 时，根据 CRC16(key) mod 16384的值，决定将一个key放到哪个桶中。

2.1 Redis集群数据分片

在redis的每一个节点上，都有这么两个东西，一个是插槽（slot）可以理解为是一个可以存储两个数值的一个变量这个变量的取值范围是：0-16383。还有一个就是cluster，可以理解为是一个集群管理的插件。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，通过这个值，去找到对应的插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作。

如果Redis是Redis Cluster的话，是有好多个redis一起工作的，那么，就需要这个集群不是那么容易挂掉，所以呢，理论上就应该给集群中的每个节点至少一个备用的Slave redis服务。这个备用的redis称为从节点（slave）。

2.2 Redis Cluster 备份容错机制

每一个节点都存有这个集群所有主节点以及从节点的信息。

它们之间通过互相的ping-pong判断是否节点可以连接上。如果有一半以上的节点去ping一个节点的时候没有回应，集群就认为这个节点宕机了，然后去连接它的备用节点。如果某个节点和所有从节点全部挂掉，我们集群就进入Fail状态。还有就是如果有一半以上的主节点宕机，那么我们集群同样进入Fail状态。这就是我们的redis的投票机制，具体原理如下图所示：

• 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.