1. Redis Cluster的核心概念

哈希槽（Hash Slots）

Redis Cluster使用哈希槽來實現(xiàn)數(shù)據(jù)分片。整個數(shù)據(jù)空間被劃分為16384個哈希槽（slot），這些槽均勻分布到不同的主節(jié)點上。

• 哈希計算：對于每一個鍵，Redis使用CRC16算法計算其哈希值，并對16384取模，確定該鍵屬于哪個哈希槽。
• 槽分配：每個主節(jié)點負責一部分哈希槽。例如，如果有三個主節(jié)點，它們可以分別負責5461個哈希槽。

主從復制與故障轉(zhuǎn)移

為了保證高可用性，每個主節(jié)點都有一個或多個從節(jié)點。當主節(jié)點發(fā)生故障時，集群會自動進行故障轉(zhuǎn)移，提升其中一個從節(jié)點為新的主節(jié)點。

• 主從同步：從節(jié)點會持續(xù)地從主節(jié)點同步數(shù)據(jù)，以保持數(shù)據(jù)的一致性。同步過程包括全量同步和增量同步。
• 故障檢測與恢復：集群中的節(jié)點會定期交換信息，監(jiān)測其他節(jié)點的狀態(tài)。如果某個主節(jié)點失效，集群會選擇一個從節(jié)點升級為主節(jié)點，并重新分配哈希槽。

2. 詳細的配置步驟

準備節(jié)點

假設(shè)我們有6個Redis實例（3個主節(jié)點和3個從節(jié)點），分別運行在不同的端口上。

節(jié)點配置示例 (redis-node.conf)

每個節(jié)點的配置文件略有不同，主要是端口號和角色的不同。以下是每個節(jié)點的配置文件示例：

主節(jié)點1: redis-node1.conf (Port: 7000)

# 端口號
port 7000

# 啟用集群模式
cluster-enabled yes

# 集群配置文件路徑，用于存儲集群狀態(tài)信息
cluster-config-file nodes-7000.conf

# 節(jié)點超時時間（毫秒），超過此時間未響應(yīng)視為故障
cluster-node-timeout 5000

# 開啟AOF持久化
appendonly yes

# 可選配置項
# 設(shè)置密碼保護
# requirepass yourpassword

# 設(shè)置最大內(nèi)存使用量
# maxmemory 2gb

# 設(shè)置持久化策略
# appendfsync everysec

從節(jié)點1: redis-node2.conf (Port: 7001)

# 端口號
port 7001

# 啟用集群模式
cluster-enabled yes

# 集群配置文件路徑，用于存儲集群狀態(tài)信息
cluster-config-file nodes-7001.conf

# 節(jié)點超時時間（毫秒），超過此時間未響應(yīng)視為故障
cluster-node-timeout 5000

# 開啟AOF持久化
appendonly yes

# 設(shè)置從節(jié)點的主節(jié)點
slaveof 127.0.0.1 7000

# 可選配置項
# 設(shè)置密碼保護
# requirepass yourpassword

# 設(shè)置最大內(nèi)存使用量
# maxmemory 2gb

# 設(shè)置持久化策略
# appendfsync everysec

主節(jié)點2: redis-node3.conf (Port: 7002)

port 7002
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-7002.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

從節(jié)點2: redis-node4.conf (Port: 7003)

port 7003
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-7003.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes
slaveof 127.0.0.1 7002

主節(jié)點3: redis-node5.conf (Port: 7004)

port 7004
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-7004.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

從節(jié)點3: redis-node6.conf (Port: 7005)

port 7005
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-7005.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes
slaveof 127.0.0.1 7004

啟動節(jié)點

依次啟動所有節(jié)點：

redis-server /path/to/redis-node1.conf
redis-server /path/to/redis-node2.conf
redis-server /path/to/redis-node3.conf
redis-server /path/to/redis-node4.conf
redis-server /path/to/redis-node5.conf
redis-server /path/to/redis-node6.conf

創(chuàng)建集群

使用redis-cli工具創(chuàng)建集群：

redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 --cluster-replicas 1

這里的--cluster-replicas 1表示每個主節(jié)點有一個從節(jié)點。

3. 實際操作示例

寫入數(shù)據(jù)

你可以像平常一樣寫入數(shù)據(jù)，Redis Cluster會自動將數(shù)據(jù)分配到合適的節(jié)點上。

redis-cli -c -p 7000
127.0.0.1:7000> SET key1 value1
-> Redirected to slot [12182] located at 127.0.0.1:7002
OK

注意這里-c參數(shù)表示啟用集群模式，這樣客戶端會自動處理重定向命令。

讀取數(shù)據(jù)

讀取數(shù)據(jù)時，同樣可以通過任意節(jié)點訪問：

redis-cli -c -p 7000
127.0.0.1:7000> GET key1
-> Redirected to slot [12182] located at 127.0.0.1:7002
"value1"

故障模擬與恢復

你可以手動關(guān)閉一個主節(jié)點來模擬故障，并觀察集群如何進行自動故障轉(zhuǎn)移。

關(guān)閉主節(jié)點

redis-cli -p 7002 shutdown

檢查集群狀態(tài)

redis-cli -p 7000 cluster nodes

你應(yīng)該看到原來的從節(jié)點已經(jīng)被提升為主節(jié)點，并接管了原主節(jié)點的哈希槽。

4. Redis Cluster的內(nèi)部機制

數(shù)據(jù)分片與重定向

• 數(shù)據(jù)分片：每個鍵通過哈希槽映射到特定的主節(jié)點?？蛻舳税l(fā)送的請求會被路由到相應(yīng)的節(jié)點。
• 重定向：如果客戶端請求了一個不屬于當前節(jié)點的哈希槽，集群會返回一個MOVED響應(yīng)，指示客戶端應(yīng)該連接到正確的節(jié)點，客戶端收到這個響應(yīng)后，會自動重定向到指定的節(jié)點。

# 連接到集群中的任意節(jié)點
redis-cli -c -p 7000

# 嘗試設(shè)置一個鍵
127.0.0.1:7000> SET key1 value1
-> Redirected to slot [12182] located at 127.0.0.1:7002
OK

# 從同一個客戶端再次嘗試獲取相同的鍵
127.0.0.1:7000> GET key1
-> Redirected to slot [12182] located at 127.0.0.1:7002
"value1"

主從復制與故障轉(zhuǎn)移

• 主從同步：從節(jié)點會持續(xù)地從主節(jié)點同步數(shù)據(jù)，以保持數(shù)據(jù)的一致性。同步過程包括全量同步和增量同步。
  • 全量同步：首次同步時，從節(jié)點會從主節(jié)點獲取完整的數(shù)據(jù)集。
    • 過程：從節(jié)點向主節(jié)點發(fā)起全量同步請求，主節(jié)點生成RDB文件并傳輸給從節(jié)點。從節(jié)點加載RDB文件并開始接收后續(xù)的增量更新。
  • 增量同步：后續(xù)同步時，從節(jié)點會接收主節(jié)點的增量更新（如寫操作日志）。
    • 過程：主節(jié)點記錄寫操作日志（稱為復制積壓緩沖區(qū)），從節(jié)點根據(jù)偏移量請求缺失的部分日志。
• 故障檢測：集群中的節(jié)點會定期交換信息，監(jiān)測其他節(jié)點的狀態(tài)。如果某個主節(jié)點連續(xù)多次未能響應(yīng)心跳消息，它會被標記為疑似下線（PFAIL）。
  • 心跳檢查：每個節(jié)點會定期向其他節(jié)點發(fā)送心跳消息，默認間隔是1秒。
  • 標記PFAIL：如果一個節(jié)點在一定時間內(nèi)沒有回應(yīng)心跳消息，它會被標記為疑似下線（PFAIL）。
  • 標記FAIL：如果大多數(shù)節(jié)點都標記某個節(jié)點為PFAIL，則該節(jié)點會被標記為FAIL。
• 故障轉(zhuǎn)移：一旦主節(jié)點被確認下線，集群會選擇一個從節(jié)點提升為主節(jié)點，并重新分配哈希槽。具體步驟如下：選舉：集群中的節(jié)點會選舉一個新的主節(jié)點。選舉過程基于Raft一致性算法，確保只有一個從節(jié)點被選中。
  • 投票過程：每個從節(jié)點會根據(jù)一定的規(guī)則投票給一個候選者。最終得票最多的從節(jié)點會被選為新的主節(jié)點。
  數(shù)據(jù)同步：新當選的主節(jié)點會從其他節(jié)點獲取最新的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)一致性。
  • 部分同步：如果從節(jié)點已經(jīng)有部分數(shù)據(jù)，可以只同步缺失的部分數(shù)據(jù)。
  • 全量同步：如果從節(jié)點的數(shù)據(jù)完全丟失，需要進行全量同步。

  重新分配哈希槽：新的主節(jié)點接管原主節(jié)點的哈希槽，集群恢復正常服務(wù)。

5. 總結(jié)

Redis Cluster通過哈希槽實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分布式存儲，并提供了高可用性和自動故障轉(zhuǎn)移功能。這使得它非常適合于需要處理大量數(shù)據(jù)和高并發(fā)請求的應(yīng)用場景。同時，現(xiàn)代的Redis客戶端庫也能夠很好地支持集群模式下的自動重定向和負載均衡。

到此這篇關(guān)于Redis分片集群的實現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis分片集群內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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