redis集群 第二节 槽指派

Redis集群通过分片的方式来保存数据库中的键值对：集群的整个数据库被分为16384个槽（slot），数据库中每个键都属于这16384个槽的其中一个，集群中的每个节点可以处理0个或最多16384个槽。
当数据库总的16384个槽都有节点在处理时，集群处于上线状态（ok）；相反地，如果数据库中有任何一个槽没有得到处理，那么集群处于下线状态（fail）。
通过向节点发送CLUSTER ADDSLOTS命令，我们可以将一个或多个槽指派（assign）给节点负责：

CLUSTER ADDSLOTS [slot ...]

本节接下来的内容将首先介绍节点保存槽指派信息的方法，以及节点之间传播槽指派信息的方法，之后再介绍CLUSTER ADDSLOTS命令的实现。

2.1 记录节点的槽指派信息

clusterNode结构的slots属性和numslot属性记录了节点负责处理哪些槽：

struct clusterNode {
// ...
unsigned char slots[16384/8];
int numslots;
// ...
};

slots属性是一个二进制位数组（bit array），这个数组的长度为16384/8=2048个字节，共包含16384个二进制位。
Redis以0为起始索引，16383为终止索引，对slots数组中的16384个二进制位进行编号，并根据索引i上的二进制位的值来判断节点是否负责处理槽i：

• 如果slots数组在索引i上的二进制位的值为1，那么表示节点负责处理槽i；
• 如果slots数组在索引i上的二进制位的值为0，那么表示节点不负责处理槽i；

至于numslots属性则记录节点负责处理的槽的数量，也即是slots数组中值为1的二进制位的数量。

2.2 传播节点的槽指派信息

一个节点除了会将自己负责处理的槽记录在clusterNode结构的slots属性和numslots属性之外，它还会将自己的slots数组通过消息发送给集群中的其他节点，以此来告知其他节点自己目前负责处理哪些槽。
当节点A通过消息从节点B那里接收到节点B的slots数组时，节点A会在自己的clusterState.nodes字典中查找节点B对应的clusterNode结构，并对结构中的slots数组进行保存或者更新。
因为集群中的每个节点都会将自己的slots数组通过消息发送给集群中的其他节点，并且每个接收到slots数组的节点都会将数组保存到相应节点的clusterNode结构里面，因此，集群中的每个节点都会知道数据库中的16384个槽分别被指派给了集群中的哪些节点。

2.3 记录集群所有槽的指派信息

clusterState结构中的slots数组记录了集群中所有16384个槽的指派信息：
typedef struct clusterState {
// ...
clusterNode *slots[16384];
// ...
} clusterState;
slots数组包含了16384个项，每个数组项都是一个指向clusterNode结构的指针：

• 如果slots[i]指针指向NULL，那么表示槽i尚未指派给任何节点。
• 如果slots[i]指针指向一个clusterNode结构，那么表示槽i已经指派给了clusterNode结构所代表的节点。

如果只将槽指派信息保存在各个节点的clusterNode.slots数组里，会出现一些无法高效地解决的问题，而clusterState.slots数组的存在解决了这些问题：

• 如果节点只使用clusterNode.slots数组来记录槽的指派信息，那么为了知道槽i是否已经被指派，或者槽i被指派给了哪个节点，程序需要遍历clusterState.nodes字典中的所有clusterNode结构，检查这些结构的slots数组，直到找到负责处理槽i的节点为止，这个过程的复杂度为O(N)，其中N为clusterState.nodes字典保存的clusterNode结构的数量。
• 而通过将所有槽的指派信息保存在clusterState.slots数组里面，程序要检查槽i是否已经被指派，又或者取得负责处理槽i的节点，只需要访问clusterState.slots[i]的值即可，这个操作的复杂度仅为O(1)。

要说明的一点是，虽然clusterState.slots数组中记录了集群中所有槽的指派信息，但使用clusterNode结构的slots数组来记录单个节点的槽指派信息仍然是有必要的：

• 因为当程序需要将某个节点的槽指派信息通过消息发送给其他节点时，程序只需要将相应节点的clusterNode.slots数组整个发送出去就可以了。
• 另一方面，如果Redis不使用clusterNode.slots数组，而单独使用clusterState.slots数组的话，那么每次要将节点A的槽指派信息传播给其他节点时，程序必须先遍历整个clusterState.slots数组，记录节点A负责处理哪些槽，然后才能发送节点A的槽指派信息，这比直接发送clusterNode.slots数组要麻烦和低效得多。
  clusterState.slots数组记录了集群中所有槽的指派信息，而clusterNode.slots数组只记录了clusterNode结构所代表的节点的槽指派信息，这是两个slots数组的关键区别所在。

2.4 CLUSTER ADDSLOTS命令的实现

CLUSTER ADDSLOTS命令接受一个或多个槽作为参数，并将所有输入的槽指派给接收该命令的节点负责：

CLUSTER ADDSLOTS [slot ...]

CLUSTER ADDSLOTS命令的实现可以用以下伪代码来表示：

def CLUSTER_ADDSLOTS(*all_input_slots):
# 遍历所有输入槽，检查它们是否都是未指派槽
for i in all_input_slots:
# 如果有哪怕一个槽已经被指派给了某个节点
# 那么向客户端返回错误，并终止命令执行
if clusterState.slots[i] != NULL:
reply_error()
return
# 如果所有输入槽都是未指派槽
# 那么再次遍历所有输入槽，将这些槽指派给当前节点
for i in all_input_slots:
# 设置clusterState结构的slots数组
# 将slots[i]的指针指向代表当前节点的clusterNode结构
clusterState.slots[i] = clusterState.myself
# 访问代表当前节点的clusterNode结构的slots数组
# 将数组在索引i上的二进制位设置为1
setSlotBit(clusterState.myself.slots, i)