Redis架构部署模式使用场景和解决服务痛点问题，包括主从，哨兵，分片集群模式

一、Redis单机模式

特点：简单
问题：
1、内存容量有限 2、处理能力有限 3、无法高可用。

二、Redis的主从模式

Redis 的主从同步复制（replication）功能，保证一个 matser主节点服务器可以创建任意多个slaver从服务器实现数据从主节点传递到从节点。

主从复制流程如果所示：

Redis的主从模式特点：
1、master/slave 角色
2、master/slave 数据相同
3、降低 master 并发读压力在转交从库
问题：
1、无法保证高可用，master节点宕机导致整个服务不可用
2、没有解决 master 高并发写的压力
3、可能主从同步有数据延迟，对于即写即读的场景，必须强制使用主库进行数据读写

三、Redis哨兵模式

Sentinel(哨兵)是用于监控Redis集群中Master状态的工具，是Redis高可用解决方案，哨兵可以监视一个或者多个redis master服务，以及这些master服务的所有从服务。 某个master服务宕机后，会把这个master下的某个从服务升级为master来替代已宕机的master继续工作。
（顺带提一句，即使后来之前的master重启服务，也不会变回master了，而是作为slave从服务）

Redis sentinel 是一个分布式系统中监控 redis 主从服务器，并在主服务器下线时自动进行故障转移
其中三个特性：
1、监控（Monitoring）： Sentinel 会不断地检查你的主服务器和从服务器是否运作正常。
2、提醒（Notification）： 当被监控的某个 Redis 服务器出现问题时， Sentinel 可以通过 API 向管理员或者其他应用程序发送通知。
3、自动故障迁移（Automatic failover）： 当一个主服务器不能正常工作时， Sentinel 会开始一次自动故障迁移操作
特点：
1、保证高可用
2、监控各个节点
3、自动故障迁移
缺点：主从模式，切换需要时间丢数据
没有解决 master 写的压力

四、Redis Cluster分片集群架构模式

但随着Redis的版本迭代，Redis官方的Cluster也越来越稳定，更多人开始采用官方的集群化方案。也正是因为它是官方推出的，所以它的持续维护性可以得到保障，这就比那些第三方的开源方案更有优势。
Redis Cluster没有了中间的Proxy代理层，那么是如何进行请求的转发呢？
Redis把请求转发的逻辑放在了Smart Client中，要想使用Redis Cluster，必须升级Client SDK，这个SDK中内置了请求转发的逻辑，所以业务开发人员同样不需要自己编写转发规则，Redis Cluster采用16384个槽位进行路由规则的转发。

也有第三方代理方案：请参考Redis代理集群

图中定义的规则是平均分配槽位：
①节点1的槽位区间范围为0-5460
②节点2的槽位区间范围为5461-10922

③节点3的槽位区间范围为10923-16383

Redis虚拟槽的特点
解耦数据和节点之间的关系，简化了节点扩容和收缩难度。
节点自身维护槽的映射关系，不需要客户端或者代理服务维护槽分区元数据。
支持节点、槽和键之间的映射查询，用于数据路由，在线集群伸缩等场景。

Redis集群架构伸缩
Redis 集群提供了灵活的节点扩容和收缩方案。
在不影响集群对外服务的情况下，可以为集群添加节点进行扩容也可以下线部分节点进行缩容。
可以说，槽是 Redis 集群管理数据的基本单位，集群伸缩就是槽和数据在节点之间的移动

（1）假设主节点的数量为3，将16384个槽位按照用户自己的规则手动去分配这3个节点，16384除以3，那么每个节点大约得到5460个槽。
（用户自定义分配的原因在于有些机器的配置高，有些机器的配置低，配置高的可以分配多一点槽位，配置低的可以分配少一点槽位）
（2）存储数据时，对要存储的键进行crc16哈希运算,得到一个值，并取模16384，判断这个值在哪个节点的范围区间。
假设crc16(“test_key”)%16384=3345
因为3345在区间0-5460之间，
所以test_key数据写入到节点1里面。
（3）查询数据时，对要查询的键进行crc16哈希运算,得到一个值，并取模16384，判断这个值在哪个节点的范围区间。
假设crc16(“test_key”)%16384=3345，
因为3345在区间0-5460之间，
所以test_key数据应该从节点1里面获取。
以上就是redis集群采用的虚拟哈希槽的原理和计算规则说明
这种结构很容易添加或者删除节点，并且无论是添加删除或者修改某一个节点，都不会造成集群不可用的状态。使用哈希槽的好处就在于可以方便的添加或移除节点。
当需要增加节点时，只需要把其他节点的某些哈希槽挪到新节点就可以了
当需要移除节点时，只需要把移除节点上的哈希槽挪到其他节点就可以了。

Redis Cluster也提供了在线数据迁移、节点扩容缩容等功能，内部还内置了哨兵完成故障自动恢复功能，可见它是一个集成所有功能于一体的Cluster。因此它在部署时非常简单，不需要部署过多的组件，对于运维极其友好。

Redis Cluster在节点数据迁移、扩容缩容时，对于客户端的请求处理也做了相应的处理。当客户端访问的数据正好在迁移过程中时，服务端与客户端制定了一些协议，来告知客户端去正确的节点上访问，帮助客户端订正自己的路由规则。

虽然Redis Cluster提供了在线数据迁移的功能，但它的迁移性能并不高，迁移过程中遇到大key时还有可能长时间阻塞迁移的两个节点

现在越来越多的公司开始采用Redis Cluster，有能力的公司还在它的基础上进行了二次开发和定制，来解决Redis Cluster存在的一些问题，我们期待Redis Cluster未来有更好的发展。

特点：
1、无中心架构（不存在哪个节点影响性能瓶颈），少了 proxy 层。
2、数据按照 slot 存储分布在多个节点，节点间数据共享，可动态调整数据分布。
3、可扩展性，可线性扩展到 1000 个节点，节点可动态添加或删除。
4、高可用性，部分节点不可用时，集群仍可用。通过增加 Slave 做备份数据副本
5、实现故障自动 failover，节点之间通过 gossip 协议交换状态信息，用投票机制完成 Slave到 Master 的角色提升。
缺点：
1、资源隔离性较差，容易出现相互影响的情况。
2、数据通过异步复制,不保证数据的强一致性

集群的必要性
所谓的集群，就是通过添加服务器的数量，提供相同的服务，从而让服务器达到一个稳定、高效的状态。

1. 使用 redis 集群的必要性
   问题：我们已经部署好了redis，并且能启动一个redis，实现数据的读写，为什么还要学习redis集群？
   答：
   （1）单个redis存在不稳定性。当redis服务宕机了，就没有可用的服务了。
   （2）单个redis的读写能力是有限的。
   总结：redis集群是为了强化redis的读写能力。

五、Redis集群扩容机制

操作指南
1.redis扩容的话，首先创建redis-cluster节点(具体配置和其他节点一样)，然后再把他们加入到redis集群中
redis-cli --cluster add-node new_host_ip:port exsitint_host_ip:port ##这个是将新节点加入到集群中
redis-cli --cluster add-node new_host_ip:port exsitint_host_ip:port --cluster-slave ##这个将新节点加入集群中作为后面一个节点的从节点
2.迁移槽,迁移槽时要计算原节点迁移多个槽到新节点中
redis-cli --cluster reshard : --cluster-from --cluster-to --cluster-slots
--cluster-yes
::可以指定任意一个在集群中的节点
--cluster-from:这个指的是原节点
--cluter-to:这个指的是目标节点
--cluter-slots:这个是要迁移的槽的数量
3.迁移完了之后，最后可以rebalance一下
4.缩容的话(感觉这种操作可能很少)，首先也需要用2中的命令将槽给迁移到其他节点上，然后再用redis-cli --cluter del-node run_id 进行删除

redis cluster增加节点进行扩容步骤：

1.在新的服务器上部署redis cluster
2.使用工具将新部署的节点加到集群中
3.使用工具将集群槽位重新分配
4.将主从复制关系调整成交叉模式
扩容原理： 原来的节点算好要拿出多少的槽位给新加的节点，新加的节点准备导入的槽位，准备的前提条件就是加入集群，一切准备就绪后，主节点将划分出来的槽位分配给新节点，然后将相关槽位的数据迁移到新的节点

为什么Redis Cluster会设计成16384个槽呢?

为什么Redis Cluster会设计成16384个槽呢?

理论上crc16算法可以得到2^16个数值，其数值范围在0-65535之间，
取模运算key的时候，应该是crc16(key)%65535

1.如果槽位为65536，发送心跳信息的消息头达8k，发送的心跳包过于庞大。
2.Redis的集群主节点数量基本不可能超过1000个。
3.槽位越小，节点少的情况下，压缩率高

1.redis cluster 分片为什么没有使用一致性hash算法，而是使用了哈希槽预分片？
缓存热点问题：
一致性哈希算法在节点太少时，容易因为数据分布不均匀而造成缓存热点的问题。
一致性哈希算法可能集中在某个hash区间内的值特别多，会导致大量的数据涌入同一个节点
造成master的热点问题(如同一时间20W的请求都在某个hash区间内)