redis-cluster核心原理分析：gossip通信、jedis smart定位、主备切换

1、节点间的内部通信机制

1.1 基础通信原理

• redis cluster节点间采取gossip协议进行通信
  维护集群的元数据有两种方式：集中式和gossip
  集中式：
  优点在于元数据的更新和读取，时效性非常好，一旦元数据出现变更立即就会更新到集中式的存储中，其他节点读取的时候立即就可以立即感知到；
  不足在于所有的元数据的更新压力全部集中在一个地方，可能导致元数据的存储压力。
  gossip：
  优点在于元数据的更新比较分散，不是集中在一个地方，更新请求会陆陆续续，打到所有节点上去更新，有一定的延时，降低了压力；
  缺点在于元数据更新有延时可能导致集群的一些操作会有一些滞后。
• 10000端口
  每个节点都有一个专门用于节点间通信的端口，就是自己提供服务的端口号+10000，比如7001，那么用于节点间通信的就是17001端口。
  每个节点每隔一段时间都会往另外几个节点发送ping消息，同时其他几点接收到ping之后返回pong。

1.2 gossip协议

gossip协议包含多种消息，包括ping，pong，meet，fail等等。
meet：某个节点发送meet给新加入的节点，让新节点加入集群中，然后新节点就会开始与其他节点进行通信；
ping：每个节点都会频繁给其他节点发送ping，其中包含自己的状态还有自己维护的集群元数据，互相通过ping交换元数据；
pong: 返回ping和meet，包含自己的状态和其他信息，也可以用于信息广播和更新；
fail: 某个节点判断另一个节点fail之后，就发送fail给其他节点，通知其他节点，指定的节点宕机了。

2、面向集群的jedis内部实现原理

2.1 基于重定向的客户端

• 请求重定向
  客户端会挑选任意一个redis实例去发送命令，每个redis实例接收到命令，都会计算key对应的hash slot；

#查看key对应的hash slot
cluster keyslot key

#连接客户端时加-c参数可以自动重定向
redis-cli -c

• 计算hash slot
  计算hash slot的算法，就是根据key计算CRC16值，然后对16384取模，拿到对应的hash slot；
  用hash tag可以手动指定key对应的slot，同一个hash tag下的key，都会在一个hash slot中，比如set mykey1:{100}和set mykey2:{100}；
• hash slot查找
  节点间通过gossip协议进行数据交换，就知道每个hash slot在哪个节点上；

2.2 smart jedis

(1) 什么是smart jedis？
基于重定向的客户端，很消耗网络io，因为大部分情况下，可能都会出现一次请求重定向，才能找到正确的节点；
所以大部分的客户端比如java redis客户端，都是jedis，都是smart的，
本地维护一份hashslot -> node的映射表在缓存里，大部分情况下直接走本地缓存就可以找到hashslot -> node，不需要通过节点进行moved重定向；

3. 高可用性与主备切换原理

3.1 判断节点宕机

如果一个节点认为另外一个节点宕机，name就是pfail，主观宕机；
如果多个节点都认为另外一个节点宕机了，那么就是fail，客观宕机，跟哨兵的原理几乎一样，sdown，odown；
在cluster-node-timeout内，某个节点一直没有返回pong，那么就被认为pfail；
如果一个节点认为某个节点pfail了，那么会在gossip ping消息中，ping给其他节点，如果超过半数的节点都认为pfail了，那么就会变成fail；

3.2 从节点过滤

对宕机的master node，从其所有的slave node中，选择一个切换成master node；
检查每个slave node与master node断开连接的时间，如果超过了cluster-node-timeout * cluster-slave-validity-factor，那么就没有资格切换成master；

3.3 从节点选举

哨兵：对所有从节点进行排序，slave priority，offset，run id；
每个从节点，都根据自己对master复制数据的offset，来设置一个选举时间，offset越大（复制数据越多）的从节点，选举时间越靠前，优先进行选举；
所有的master node开始slave选举投票，给要进行选举的slave进行投票，如果大部分master node（N/2 + 1）都投票给了某个从节点，那么选举通过，那个从节点可以切换成master；
从节点执行主备切换，从节点切换为主节点；

3.4 与哨兵比较

整个流程跟哨兵相比，非常类似，所以说，redis cluster功能强大，直接集成了replication和sentinal的功能；