Redis 高可用集群原理及选型 —— 主从复制、Sentinel、Cluster

主从复制模式

组成

主从复制模式中包含一个 master 与一个或多个 slave，客户端可对 master 进行读写操作，对 slave 进行读操作，master 写入的数据会以异步的方式实时自动发送给 slave。

主要功能

• 主从复制。

工作机制

• slave 启动后，向 master 发送 SYNC 命令，master 接收到 SYNC 命令后通过 bgsave
  保存快照，并使用缓冲区记录保存快照这段时间内执行的写命令。
• master 将保存的快照文件发送给 slave，并继续记录执行的写命令。
• slave 接收到快照文件后，加载快照文件，载入数据。
• master 快照发送完后开始向 slave 发送缓冲区的写命令，slave 接收命令并执行，完成复制初始化。
• 此后，master 每次执行一个写命令都会异步发送给 slave，保持 master 与 slave 之间数据的弱一致性。

不足

• 不具备自动故障恢复，master 或 slave 的宕机都可能导致客户端请求失败，需要等待机器重启或手动切换客户端 IP 才能恢复。
• 写操作无法负载均衡。
• Redis 的容量受限于单机配置。
• 数据通过异步复制，不保证数据的强一致性。

Sentinel 模式

组成

• Sentinel 最少是 一主一从。

主要功能

• 主从复制。
• 监控。
• 自动故障转移。

工作机制

• 定期（默认10s一次，当 master 被标记为主观下线时，改为1s一次）向 master 和 slave 发送INFO命令。

• 定期（默认1s一次）向 master、slave 和 其他哨兵发送 PING 命令。

• 如果被 PING 的节点超时未回复，哨兵认为其主观下线。如果下线的是master，哨兵会向其它哨兵发送命令询问它们是否也认为该
  master 主观下线，如果达到一定数目（即配置文件中的 quorum）投票，哨兵会认为该 master
  已经客观下线，并选举领头的哨兵节点对主从系统发起故障恢复。如果没有足够的 sentinel 节点同意 master 下线或者 master
  重新向 sentinel 节点发送的 PING 命令返回有效回复，那么 master 的主观下线状态就会被移除。

• 领头哨兵从出现故障的 master 的 slave 中挑选一个来当选新的 master。

• 所有在线的 slave 中选择优先级最高的，优先级可以通过 slave-priority 配置。

• 如果有多个最高优先级的 slave，则选取复制偏移量最大的当选。

• 如果以上条件都一样，选取 ID 最小的 slave。

不足

• 写操作无法负载均衡。
• Redis 的容量受限于单机配置。
• 数据通过异步复制，不保证数据的强一致性。

Cluster 模式

组成

• Cluster 要求至少需要3个 master 才能组成一个集群，同时每个 master 至少需要有一个 slave
  节点，各个节点之间保持 TCP 通信，其中主节点提供读写操作，从节点作为备用节点，不提供请求，只作为故障转移使用。

主要功能

• 主从复制。
• 故障切换。
• 负载均衡。
• 在线伸缩容量。

工作机制

• 集群中每个 Redis 实例都负责接管一部分插槽（slot），总槽数为：16384（2^14），取值范围为：0-16383。
• 当我们存取 key 的时候，Redis 会根据 CRC16 的算法得出一个结果，然后把结果对16384求余数，这样每个 key
  都会对应一个编号在0-16383之间的哈希槽，通过这个值，去找到插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作。
• Cluster 模式也引入主从复制模式，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，就会主从切换。
• 集群中当其他主节点 ping
  主节点A时，如果半数以上的主节点与主节点A通信超时，那么认为主节点A宕机了。如果主节点A和它的从节点都宕机了，那么该集群就无法再提供服务了。

不足

• 数据通过异步复制，不保证数据的强一致性。
• slave 充当备份，不能缓解读压力。
• 对mset、mget、事务等批量操作支持不友好，需要 key 处于同一个节点才行。
• 不支持分多个库，单机 Redis 可以支持16个 db，集群模式下只能使用一个。