Redis cluster集群模式详解

Redis Cluster 介绍

Redis Cluster是Redis的分布式解决方案，在Redis 3.0版本正式推出的，集群通过分片（sharding）来进行数据共享，并提供复制和故障转移功能，能有效解决了Redis分布式方面的需求。当遇到单机内存、并发、流量等瓶颈时，都可以采用Cluster架构达到负载均衡的目的。

在redis cluster架构下，每个redis要放开两个端口号，比如一个是6379，另外一个就是加10000的端口号，比如16379

16379端口号是用来进行节点间通信的，也就是cluster bus的东西，集群总线。cluster bus的通信，用来进行故障检测，配置更新，故障转移授权 gossip 协议

cluster bus用了另外一种二进制的协议，主要用于节点间进行高效的数据交换，占用更少的网络带宽和处理时间

集群组成

一个Redis集群通常由多个节点（node）组成，刚开始的时候，每隔节点都是相互独立的，他们都处于一个只包含自己的集群当中，要组件一个真正可工作的集群，我们必须将各个独立的节点连接起来，构成一个包含多个节点的集群。

命令如下:CLUSTER MEET

向一个节点node发送CLUSTER MEET命令，让node节点与指定的:节点进行握手（handshake）,当握手成功时，node节点就会将指定的:节点添加到node节点当前的集群，过程如下：

注:

• clusterNode:clusterNode结构保存了一个节点的当前状态（注：包含节点的创建时间、节点名字、IP、port等信息），每个节点都使用一个clusterNode来记录自己的状态，并为集群中的所有节点（包括主节点和从节点）都创建一个相应的clusterNode结构，来记录其他节点信息
• clusterState:每个节点node都保存着一个clusterState结构，这个结构记录了在当前节点的视角下，集群目前所处的状态（clusteState中存储了所有slusterNode信息）

思考：集群有了，节点也有了，那数据怎么分布呢？

槽指派（数据分布）

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),数据库中的每个键都属于这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。每一个节点负责维护一部分槽以及槽所映射的键值数据。

下图展示某个包含5个节点的示意图：

注：槽指派可以不均匀分布，计算公式CRC16(KEY)&16383 计算key所属的槽位

指派槽分布命令：CLUSTER ADDSLOTS 10001 10002 10003 ... 16383  

详解可见官网命令介绍:https://redis.io/commands/cluster-addslots 

当数据库中的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）

注：集群中每个节点都会传播槽归属信息（传播当前节点处理哪些槽）,让集群中每个节点都持有槽指派的元信息，知道槽位分派在哪个节点

注：为了能快速知道某个槽在哪个节点node上，redis维护了一个槽指派信息在clusterstate.slots数组中

集群中命令执行流程

（1）计算键属于哪个slot

（2）如果在当前节点，便执行该命令，如果不是，则返回MOVED错误

（3）前提是返回MOVED错误，客户端收到MOVED错误并根据提供的信息转向正确的节点进行访问（该节点会再次执行以上流程）

如下图：

注：这也是为什么有时候客户端需要访问两次redis服务器

详解参考：Redis cluster 集群模式 请求重定向 客户端为什么有时会访问两次?

复制和故障转移

Redis集群中的节点分为主节点（master）和从节点（slave）,其中主节点用于处理槽，从节点则用于复制某个主节点，并在主节点下线时，代替下线主节点继续处理命令。

如下图，若主节点挂掉，会在从节点中选出一个节点作为新的主节点并客户端发来的命令（可以有多个从机）

Redis cluster集群模式功能限制

• key批量操作支持有限。如：MSET``MGET，目前只支持具有相同slot值的key执行批量操作。
• key事务操作支持有限。支持多key在同一节点上的事务操作，不支持分布在多个节点的事务功能。
• key作为数据分区的最小粒度，因此不能将一个大的键值对象映射到不同的节点。如：hash、list。
• 不支持多数据库空间。单机下Redis支持16个数据库，集群模式下只能使用一个数据库空间，即db 0。
• 复制结构只支持一层，不支持嵌套树状复制结构。