redis 主从模式、哨兵模式、cluster模式的区别

参考：

​https://blog.csdn.net/qq_41071876/category_11284995.html
https://blog.csdn.net/weixin_45821811/article/details/119421774  
https://blog.csdn.net/weixin_43001336/article/details/122816402 

Redis有三种模式，分别是：主从模式、兵模式、Cluster模式。Rdis最开始使用主从模式做集群，若master宕机需要手动配置slave转为master；后来为了高可用提出来哨兵模式，该模式下有一个哨兵监视master和slave，若master宕机可自动将slave转为master，但它也有一个问题，就是不能动态扩充；所以在3.x提出cluster集群模式。

主从模式

主从模式是三种模式中最简单的，在主从复制中，数据库分为两类：主数据库(master)和从数据库(slave)。

为了避免单点故障，通常的做法是将数据库复制多个副本以部署在不同的服务器上，这样即使有一台服务器出现故障，其他服务器依然可以继续提供服务。为此， Redis 提供了复制（replication）功能，可以实现当一台数据库中的数据更新后，自动将更新的数据同步到其他数据库上。

在复制的概念中，数据库分为两类，一类是主数据库（master），另一类是从数据库(slave）。主数据库可以进行读写操作，当写操作导致数据变化时会自动将数据同步给从数据库。而从数据库一般是只读的，并接受主数据库同步过来的数据。一个主数据库可以拥有多个从数据库，而一个从数据库只能拥有一个主数据库。一个master可以拥有多个slave，但是一个slave只能对应一个master。

原理

从数据库连接主数据库，发送SYNC命令；
主数据库接收到SYNC命令后，开始执行BGSAVE命令生成RDB文件并使用缓冲区记录此后执行的所有写命令；
主数据库BGSAVE执行完后，向所有从数据库发送快照文件，并在发送期间继续记录被执行的写命令；
从数据库收到快照文件后丢弃所有旧数据，载入收到的快照；
主数据库快照发送完毕后开始向从数据库发送缓冲区中的写命令；
从数据库完成对快照的载入，开始接收命令请求，并执行来自主数据库缓冲区的写命令；（从数据库初始化完成）
主数据库每执行一个写命令就会向从数据库发送相同的写命令，从数据库接收并执行收到的写命令（从数据库初始化完成后的操作）
出现断开重连后，2.8之后的版本会将断线期间的命令传给从数据库，增量复制。
主从刚刚连接的时候，进行全量同步；全同步结束后，进行增量同步。当然，如果有需要，slave 在任何时候都可以发起全量同步。Redis 的策略是，无论如何，首先会尝试进行增量同步，如不成功，要求从机进行全量同步。

优点

支持主从复制，主机会自动将数据同步到从机，可以进行读写分离；
为了分载Master的读操作压力，Slave服务器可以为客户端提供只读操作的服务，写服务仍然必须由Master来完成；
Slave同样可以接受其它Slaves的连接和同步请求，这样可以有效的分载Master的同步压力；
Master Server是以非阻塞的方式为Slaves提供服务。所以在Master-Slave同步期间，客户端仍然可以提交查询或修改请求；
Slave Server同样是以非阻塞的方式完成数据同步。在同步期间，如果有客户端提交查询请求，Redis则返回同步之前的数据；

缺点

不具备自动容错和恢复功能，主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败，需要等待机器重启或者手动切换才能恢复；
主从模式下，如果主节点由于故障下线了，那么从节点因为没有主节点而同步中断，因而需要人工进行故障转移工作
果多个Slave断线了，需要重启的时候，尽量不要在同一时间段进行重启。因为只要Slave启动，就会发送sync请求和主机全量同步，当多个 Slave 重启的时候，可能会导致 Master IO剧增从而宕机。
无法实现动态扩容

哨兵模式

Sentinel（哨兵）是Redis的高可用性解决方案：由一个或多个Sentinel实例组成的Sentinel系统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，并在被监视的主服务器进入下线状态时，自动将下线主服务器属下的某个从服务器升级为新的主服务器。

哨兵进程的作用

监控(Monitoring): 哨兵(sentinel) 会不断地检查你的Master和Slave是否运作正常。
提醒(Notification):当被监控的某个Redis节点出现问题时, 哨兵(sentinel) 可以通过 API 向管理员或者其他应用程序发送通知。
自动故障迁移(Automatic failover)：当一个Master不能正常工作时，哨兵(sentinel) 会开始一次自动故障迁移操作。
它会将失效Master的其中一个Slave升级为新的Master, 并让失效Master的其他Slave改为复制新的Master；
当客户端试图连接失效的Master时，集群也会向客户端返回新Master的地址，使得集群可以使用现在的Master替换失效Master。
Master和Slave服务器切换后，Master的redis.conf、Slave的redis.conf和sentinel.conf的配置文件的内容都会发生相应的改变，即，Master主服务器的redis.conf配置文件中会多一行slaveof的配置，sentinel.conf的监控目标会随之调换。

原理

每个Sentinel（哨兵）进程以每秒钟一次的频率向整个集群中的Master主服务器，Slave从服务器以及其他Sentinel（哨兵）进程发送一个 PING 命令。
如果一个实例（instance）距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 选项所指定的值， 则这个实例会被 Sentinel（哨兵）进程标记为主观下线（SDOWN）
如果一个Master主服务器被标记为主观下线（SDOWN），则正在监视这个Master主服务器的所有 Sentinel（哨兵）进程要以每秒一次的频率确认Master主服务器的确进入了主观下线状态
当有足够数量的 Sentinel（哨兵）进程（大于等于配置文件指定的值）在指定的时间范围内确认Master主服务器进入了主观下线状态（SDOWN）， 则Master主服务器会被标记为客观下线（ODOWN）
在一般情况下， 每个 Sentinel（哨兵）进程会以每 10 秒一次的频率向集群中的所有Master主服务器、Slave从服务器发送 INFO 命令。
当Master主服务器被 Sentinel（哨兵）进程标记为客观下线（ODOWN）时，Sentinel（哨兵）进程向下线的 Master主服务器的所有 Slave从服务器发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次。
若没有足够数量的 Sentinel（哨兵）进程同意 Master主服务器下线， Master主服务器的客观下线状态就会被移除。若 Master主服务器重新向 Sentinel（哨兵）进程发送 PING 命令返回有效回复，Master主服务器的主观下线状态就会被移除。

优点

哨兵模式是基于主从模式的，所有主从的优点，哨兵模式都具有。
主从可以自动切换，系统更健壮，可用性更高。

缺点

难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。
如果是从节点下线了，sentinel是不会对其进行故障转移的，连接从节点的客户端也无法获取到新的可用从节点

cluster模式

哨兵模式基本已经可以实现高可用，读写分离 ，但是在这种模式下每台 Redis 服务器都存储相同的数据，很浪费内存，所以在redis3.0上加入了 Cluster 集群模式，实现了 Redis 的分布式存储，也就是说每台 Redis 节点上存储不同的内容。

在这个图中，每一个蓝色的圈都代表着一个redis的服务器节点。它们任何两个节点之间都是相互连通的。客户端可以与任何一个节点相连接，然后就可以访问集群中的任何一个节点。对其进行存取和其他操作。

一般集群建议搭建三主三从架构，三主提供服务，三从提供备份功能。
每一个节点都存有这个集群所有主节点以及从节点的信息。 所有的redis节点彼此互联(PING-PONG机制),内部使用二进制协议优化传输速度和带宽。

原理

在 Redis 的每一个节点上，都有这么两个东西，一个是插槽（slot），它的的取值范围是：0-16383。还有一个就是cluster，可以理解为是一个集群管理的插件。当我们的存取的 Key到达的时候，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，去找到对应的插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作。只有master节点会被分配槽位，slave节点不会分配槽位。

集群选举原理

当 slave 发现自己的 master 变为 fail 状态时，便尝试进行 FailOver，以期成为新的 master。由于挂掉的 master 有多个 slave，所以这些 slave 要去竞争成为 master 节点，过程如下：

slave1，slave2都 发现自己连接的 master 状态变为 Fail；
它们将自己记录的集群 currentEpoch（选举周期） 加1，并使用 gossip 协议去广播 FailOver_auth_request 信息；
其他节点接收到slave1、salve2的消息（只有master响应），判断请求的合法性，并给 slave1 或 slave2 发送 FailOver_auth_ack（对每个 epoch 只发一次ack）； 在一个选举周期中，一个master只会响应第一个给它发消息的slave；
slave1 收集返回的 FailOver_auth_ack，它收到超过半数的 master 的 ack 后变成新 master； （这也是集群为什么至少需要3个master的原因，如果只有两个master，其中一个挂了之后，只剩下一个主节点是不能选举成功的）
新的master节点去广播 Pong 消息通知其他集群节点，不需要再去选举了。
什么情况下集群不可用？

如果某个主节点和所有从节点全部挂掉，我们集群就进入faill状态。
如果有一半以上的主节点宕机，那么我们集群同样进入faill状态。

优点

可实现动态扩容
自动故障转移、Slot迁移中数据可用
遇到单机内存，并发和流量瓶颈等问题时，可采用Cluster方案达到负载均衡的目的
客户端与 Redis 节点直连,不需要中间代理层.客户端不需要连接集群所有节点,连接集群中任何一个可用节点即可。

缺点

架构比较新，最佳实践较少
为了性能提升，客户端需要缓存路由表信息
多键操作是不被支持的，多键的Redis事务是不被支持的，lua脚本不被支持。跨节点。