Redis相关知识----哨兵机制
本文介绍Redis哨兵相关知识
哨兵机制（Redis Sentinel）：
Redis Sentinel，即Redis哨兵，在Redis 2.8版本开始引入。哨兵的核心功能是主节点的自动故障转移。其他功能：
- 监控（Monitoring）：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。
- 自动故障转移（Automatic failover）：当主节点不能正常工作时，哨兵会开始自动故障转移操作，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并让其他从节点改为复制新的主节点。
- 配置提供者（Configuration provider）：客户端在初始化时，通过连接哨兵来获得当前Redis服务的主节点地址。
- 通知（Notification）：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。
其中，监控和自动故障转移功能，使得哨兵可以及时发现主节点故障并完成转移；而配置提供者和通知功能，则需要在与客户端的交互中才能体现。
哨兵集群：哨兵实例之间可以相互发现，要归功于 Redis 提供的 pub/sub 机制，也就是发布 / 订阅机制。
在主从集群中，主库上有一个名为__sentinel__:hello的频道，不同哨兵就是通过它来相互发现，实现互相通信的。在下图中，哨兵 1 把自己的 IP（172.16.19.3）和端口（26579）发布到__sentinel__:hello频道上，哨兵 2 和 3 订阅了该频道。那么此时，哨兵 2 和 3 就可以从这个频道直接获取哨兵 1 的 IP 地址和端口号。然后，哨兵 2、3 可以和哨兵 1 建立网络连接。
哨兵监控Redis库
- 每个哨兵节点每10秒会向主节点和从节点发送info命令获取最拓扑结构图，哨兵配置时只要配置对主节点的监控即可，通过向主节点发送info，获取从节点的信息，并当有新的从节点加入时可以马上感知到。
- 每个哨兵节点每隔2秒会向redis数据节点的指定频道上发送该哨兵节点对于主节点的判断以及当前哨兵节点的信息，同时每个哨兵节点也会订阅该频道，来了解其它哨兵节点的信息及对主节点的判断，其实就是通过消息publish和subscribe来完成的。
- 每隔1秒每个哨兵会向主节点、从节点及其余哨兵节点发送一次ping命令做一次心跳检测，这个也是哨兵用来判断节点是否正常的重要依据
主库下线的判定：
- 主观下线：任何一个哨兵都是可以监控探测，并作出Redis节点下线的判断；
- 客观下线：有哨兵集群共同决定Redis节点是否下线；
当某个哨兵（如下图中的哨兵2）判断主库“主观下线”后，就会给其他哨兵发送 is-master-down-by-addr 命令。接着，其他哨兵会根据自己和主库的连接情况，做出 Y 或 N 的响应，Y 相当于赞成票，N 相当于反对票。
如果赞成票数（这里是2）是大于等于哨兵配置文件中的 quorum 配置项（比如这里如果是quorum=2）, 则可以判定主库客观下线了。
领导者哨兵选举流程：
- )每个在线的哨兵节点都可以成为领导者，当它确认（比如哨兵3）主节点下线时，会向其它哨兵发is-master-down-by-addr命令，征求判断并要求将自己设置为领导者，由领导者处理故障转移。
- 当其它哨兵收到此命令时，可以同意或者拒绝它成为领导者。
- 哨兵拿到半数以上的赞成票，且拿到的票数同时还需要大于等于哨兵配置文件中的 quorum 值。
哨兵的选举机制是Raft选举算法（一种分布式选举算法）： 选举的票数大于等于num(sentinels)/2+1时，将成为领导者，如果没有超过，继续选举。
选出新主库：
- 过滤掉不健康的（下线或断线），没有回复过哨兵ping响应的从节点
- 选择salve-priority从节点优先级最高（redis.conf）的
- 选择复制偏移量最大，指复制最完整的从节点
故障转移机制：
- 将新选出的主库脱离原从节点，升级为主节点
- 将其他从节点指向新的主节点
- 通知客户端主节点已更换
- 将原主节点（oldMaster）变成从节点，指向新的主节点
总结：
关于哨兵的原理，关键是了解以下几个概念。
（1）定时任务：每个哨兵节点维护了3个定时任务。定时任务的功能分别如下：
- 通过向主从节点发送info命令获取最新的主从结构
- 通过发布订阅功能获取其他哨兵节点的信息
- 通过向其他节点发送ping命令进行心跳检测，判断是否下线
（2）主观下线：在心跳检测的定时任务中，如果其他节点超过一定时间没有回复，哨兵节点就会将其进行主观下线。顾名思义，主观下线的意思是一个哨兵节点“主观地”判断下线；与主观下线相对应的是客观下线。
（3）客观下线：哨兵节点在对主节点进行主观下线后，会通过sentinel is-master-down-by-addr命令询问其他哨兵节点该主节点的状态；如果判断主节点下线的哨兵数量达到一定数值，则对该主节点进行客观下线。
需要特别注意的是，客观下线是主节点才有的概念；如果从节点和哨兵节点发生故障，被哨兵主观下线后，不会再有后续的客观下线和故障转移操作。
（4）选举领导者哨兵节点：当主节点被判断客观下线以后，各个哨兵节点会进行协商，选举出一个领导者哨兵节点，并由该领导者节点对其进行故障转移操作。
监视该主节点的所有哨兵都有可能被选为领导者，选举使用的算法是Raft算法；Raft算法的基本思路是先到先得：即在一轮选举中，哨兵A向B发送成为领导者的申请，如果B没有同意过其他哨兵，则会同意A成为领导者。选举的具体过程这里不做详细描述，一般来说，哨兵选择的过程很快，谁先完成客观下线，一般就能成为领导者。
（5）故障转移：选举出的领导者哨兵，开始进行故障转移操作，该操作大体可以分为3个步骤：
- 在从节点中选择新的主节点：选择的原则是，首先过滤掉不健康的从节点；然后选择优先级最高的从节点(由slave-priority指定)；如果优先级无法区分，则选择复制偏移量最大的从节点；如果仍无法区分，则选择runid最小的从节点。
- 更新主从状态：通过slaveof no one命令，让选出来的从节点成为主节点；并通过slaveof命令让其他节点成为其从节点。
- 将已经下线的主节点(即6379)设置为新的主节点的从节点，当6379重新上线后，它会成为新的主节点的从节点。
通过上述几个关键概念，可以基本了解哨兵的工作原理。为了更形象的说明，下图展示了领导者哨兵节点的日志，包括从节点启动到完成故障转移。
建议：
（1）哨兵节点的数量应不止一个，一方面增加哨兵节点的冗余，避免哨兵本身成为高可用的瓶颈；另一方面减少对下线的误判。此外，这些不同的哨兵节点应部署在不同的物理机上。
（2）哨兵节点的数量应该是奇数，便于哨兵通过投票做出“决策”：领导者选举的决策、客观下线的决策等。
（3）各个哨兵节点的配置应一致，包括硬件、参数等；此外，所有节点都应该使用ntp或类似服务，保证时间准确、一致。
（4）哨兵的配置提供者和通知客户端功能，需要客户端的支持才能实现，如Jedis；如果开发者使用的库未提供相应支持，则可能需要开发者自己实现。
（5）当哨兵系统中的节点在docker（或其他可能进行端口映射的软件）中部署时，应特别注意端口映射可能会导致哨兵系统无法正常工作，因为哨兵的工作基于与其他节点的通信，而docker的端口映射可能导致哨兵无法连接到其他节点。例如，哨兵之间互相发现，依赖于它们对外宣称的IP和port，如果某个哨兵A部署在做了端口映射的docker中，那么其他哨兵使用A宣称的port无法连接到A。
参考：
- Redis进阶 - 高可用：哨兵机制（Redis Sentinel）详解
- redis之 主从复制和哨兵
实践：
- 深入学习Redis（4）：哨兵