redis 三种集群模式详解

概念：redis有三种集群模式，分别为主从模式，哨兵模式以及集群模式，其中主从是最常见的模式

三种集群模式说明
**·**Sentinel 哨兵模式是为了弥补主从复制集群中主机宕机后，主备切换的复杂性而演变出来的。哨兵顾名思义，就是用来监控的，主要作用就是监控主从集群，自动切换主备，完成集群故障转移。
**·**cluster 模式是redis官方提供的集群模式，使用了Sharding 技术，不仅实现了高可用、读写分离、也实现了真正的分布式存储。

一.主从复制
1.1 主从模式图

1.2 redis复制原理
redis 的复制分为两部分操作 同步（SYNC）和 命令传播（command propagate）

· 同步（SYNC）用来将从服务器的状态 更新到 和主服务器 一致。白话文解释就是从服务器主动获取 主服务器的数据。保持数据一致。具体实现是，主服务器收到SYNC命令后，生成RDB快照文件，然后发送给从服务器。
· 命令传播 （command propagate）用于在主服务器数据被修改后，主从不一致，为了让从服务器保持和主服务器状态一致，而做的命令传播。白话文解释就是主服务器收到客户端修改数据命令后，数据库数据发生变化，同时将命令缓存起来，然后将缓存命令发送到从服务器，从服务器通过载入缓存命令来达到主从数据一致。这就是所谓的命令传播。
· 为什么需要有同步和命令传播的两种复制操作： 当只有同步操作时候，那么在从服务器向主服务器发送SYNC命令时候，主服务器在生成RDB快照文件时候，仍然会收到客户端的命令修改数据状态，这部分数据如果不能传达给从服务器，那么就会出现主从数据不一致的现象。这时候就出现了命令传播，主服务器收到从服务器的SYNC命令后，生成RDB快照文件同时，将此段时间内收到的命令缓存起来，然后使用命令传播的操作发送从服务器。来达到主从数据一致。

1.3 主从复制原理
上面介绍了redis复制的两种操作，而redis得主从复制正式基于 同步 和 命令传播 来实现得。下面两张图展示了redis复制的流程：

1.4 redis主从复制优缺点
优点：

1.4.1、实现读写分离，提高了可用性，解决了单机故障2、主从复制期间master和slave都是非阻塞方式，仍然可用。

缺点：

1.4.2、master宕机期间，需要手动切换主机，同时会有部分数据不能及时同步从服务器，造成数据不一致（需要人工手动介入）

1.4.3、slave宕机后，多个slave恢复后，大量的SYNC同步会造成master IO压力倍增（可以手动规避启动时间）

1.4.4、在线扩容较复杂。

总结：
redis主从复制的优点主要是提高了可用性缺点

二. Sentinel 哨兵模式
Sentinel 哨兵Sentinel 哨兵介绍

Sentinel 哨兵本质上是一个运行在特殊模式下的Redis实例，只是初始化的过程和工作与普通的Redis不同，本质上也是一个单独的进程。

Sentinel 哨兵 是Redis的高可用解决方案：一个或多个Sentinel实例（instance）组成的Sentinel系统（system）可以监视任意多个主服务器，以及这些主服务器属下的所有从服务器，并在主服务器下线时可以自动切换从服务器升级为主服务器。

2.1 Sentinel系统
下图是一个简单的Sentinel系统架构图，一个Sentinel系统监视一个主从集群，其中server1是Redis主服务器，server2/3/4是Redis 从服务器。主从之间利用上面的主从复制来达到主从一致。而Sentinel系统监视整个主从集群。

2.1.1 Sentinel 哨兵监控过程
Sentinel 哨兵监控集群过程：

· 命令 Sentinel哨兵通过发送命令，让redis服务器返回运行状态。发布订阅 当主服务器状态发生变化时，Sentinel哨兵通过
· 发布订阅模式通知其他从服务器。

2.2 Sentinel故障转移
当Sentinel系统察觉到Server1主服务器下线时，就会终止server2/3/4的复制。

同时Sentinel将server2升级为主服务器，server3/4从新的主服务器进行复制。同时等待server1的再次上线

Sentinel系统也可以主动降级主服务为从服务器，将从服务器升级为主服务器。

2.2.1 Sentinel 哨兵故障转移
Sentinel 故障转移：

2.2.1.1、Sentinel系统中的Sentinel实例每隔1s就像集群发送PING命令
2.2.1.2、如果集群中有实例的回复Sentinel实例时间超过了 down-after-milliseconds，那么这个实例就会发送PING命令的Sentinel实例被主观下线
2.2.1.3、那么什么时候会客观下线呢？需要Sentinel系统中其他实例也确认集群中该实例主管下线。
如果master主服务器被标记为主观下线，则Sentinel系统中监视master的Sentinel进程需要以每秒一次的频率确认Master是否进入主管下线状态
2.2.1.4、当有足够的Sentinel实例（取决于配置）确认Master进入了主管下线，则Master会被标记为客观下线。

2.3 Sentinel 哨兵优缺点

优点：
哨兵模式基于主从复制，因此主从复制的优点哨兵都具备、哨兵具备了主从切换和故障转移，因此集群有了更高的可用性
缺点：
Redis较难支持在线扩容，在线扩容比较复杂。
总结：
sentinel 哨兵主要用来监控redis主从集群，提高了redis 主从集群的可用性。

三.cluster 模式

3.1 reids cluster
Redis Cluster是一种服务器 Sharding 技术，redis 3.0版本开始正式提供。
Sentinel基本已经实现了高可用，但是每台机器都存储相同内容，很浪费内存，所以Redis Cluster实现了分布式存储。每台机器节点上存储不同的内容。

3.2 Redis Cluster 数据分片原理
redis 数据分片使用的是hash slot， redis集群有16384个哈希槽，每个Key通过CRC16校验后对16384取模来决定放置哪一个槽。
当存取redis key时候，redis会根据CRC16算法得到一个结果，然后把结果和16384求余，通过这个值去对应得节点获取数据。
这个时候，应用客户端实际上只需要连接其中任意一个节点即可，然后Redis Cluster 中每个节点都保存了其他节点得槽信息。这样当存取key计算完槽之后，通过保存槽信息从配置中获取节点信息，然后再去对应得节点获取数据。

3.3 Redis Cluster 复制原理
redis-cluster集群引入了主从复制模型，一个主节点对应一个或者多个从节点，当主节点宕机的时候，就会启用从节点。当其它主节点 ping 一个主节点 A 时，如果半数以上的主节点与 A 通信超时，那么认为主节点 A 宕机了。如果主节点 A 和它的从节点 A1 都宕机了，那么该集群就无法再提供服务了

3.4 redis Cluster 优缺点
优点：
实现了分布式存储，节省了内存