這篇文章主要講解了“redis集群的原理是什么”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來(lái)研究和學(xué)習(xí)“Redis集群的原理是什么”吧！

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Redis作為一款性能優(yōu)異的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，支撐著微博億級(jí)社交平臺(tái)，也成為很多互聯(lián)網(wǎng)公司的標(biāo)配。這里將以Redis Cluster集群為核心，基于最新的Redis5版本，從原理再到實(shí)戰(zhàn)，玩轉(zhuǎn)Redis集群

常見(jiàn)Redis集群方案

在介紹Redis Cluster集群方案之前，為了方便對(duì)比，先簡(jiǎn)單了解一下業(yè)界常見(jiàn)的Redis集群方案：

1 基于客戶(hù)端分片

Redis Sharding是Redis Cluster出來(lái)之前，業(yè)界普遍使用的多Redis實(shí)例集群方法。其主要思想是基于哈希算法，根據(jù)Redis數(shù)據(jù)的key的哈希值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分片，將數(shù)據(jù)映射到各自節(jié)點(diǎn)上

優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)在于當(dāng)Redis集群調(diào)整，每個(gè)客戶(hù)端都需要更新調(diào)整

2 基于代理服務(wù)器分片

客戶(hù)端發(fā)送請(qǐng)求到獨(dú)立部署代理組件，代理組件解析客戶(hù)端的數(shù)據(jù)，并將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至正確的節(jié)點(diǎn)，最后將結(jié)果回復(fù)給客戶(hù)端

優(yōu)點(diǎn)在于透明接入，容易集群擴(kuò)展，缺點(diǎn)在于多了一層代理轉(zhuǎn)發(fā)，性能有所損耗

3 Redis Sentinel(哨兵)

Redis Sentinel是官方從Redis 2.6版本提供的高可用方案，在Redis主從復(fù)制集群的基礎(chǔ)上，增加Sentinel集群監(jiān)控整個(gè)Redis集群。當(dāng)Redis集群master節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，Sentinel進(jìn)行故障切換，選舉出新的master，同時(shí)Sentinel本身支持高可用集群部署

優(yōu)點(diǎn)在于支持集群高可用，高性能讀寫(xiě)，缺點(diǎn)在于沒(méi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分片，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要承載完整數(shù)據(jù)集，負(fù)載能力受當(dāng)個(gè)Redis服務(wù)器限制，僅支持通過(guò)增加機(jī)器內(nèi)存實(shí)現(xiàn)垂直擴(kuò)容，不支持水平擴(kuò)展

Redis Cluster設(shè)計(jì)

1 整體設(shè)計(jì)

Redis Cluster 是 在 3.0 版本正式推出的高可用集群方案，相比Redis Sentinel，Redis Cluster方案不需要額外部署Sentinel集群，而是通過(guò)集群內(nèi)部通信實(shí)現(xiàn)集群監(jiān)控，故障時(shí)主從切換；同時(shí)，支持內(nèi)部基于哈希實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分片，支持動(dòng)態(tài)水平擴(kuò)容

整體架構(gòu)如下：

集群中有多個(gè)主節(jié)點(diǎn)，每個(gè)主節(jié)點(diǎn)有多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，主從節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)一致，最少需要3個(gè)主節(jié)點(diǎn)，每個(gè)主節(jié)點(diǎn)最少需要1個(gè)從節(jié)點(diǎn)

• 高可用：當(dāng)master節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，自動(dòng)主從切換

• 高性能：主節(jié)點(diǎn)提供讀寫(xiě)服務(wù)，從節(jié)點(diǎn)只讀服務(wù)，提高系統(tǒng)吞吐量

• 可擴(kuò)展性：集群的數(shù)據(jù)分片存儲(chǔ)，主節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)各不同，各自維護(hù)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，可以為集群添加節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)容，也可以下線部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行水平縮容

2 數(shù)據(jù)分片

將整個(gè)數(shù)據(jù)集按照一定規(guī)則分配到多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，稱(chēng)為數(shù)據(jù)分片，Redis Cluster采用的分片方案是哈希分片

基本原理如下： Redis Cluster首先定義了編號(hào)0 ~ 16383的區(qū)間，稱(chēng)為槽，所有的鍵根據(jù)哈希函數(shù)映射到0 ~ 16383整數(shù)槽內(nèi)，計(jì)算公式：slot=CRC16（key）&16383。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)一部分槽以及槽所映射的鍵值數(shù)據(jù)

槽是 Redis 集群管理數(shù)據(jù)的基本單位，集群擴(kuò)容收縮就是槽和數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)之間的移動(dòng)

槽與節(jié)點(diǎn)映射關(guān)系如下：

• 每個(gè)集群節(jié)點(diǎn)維護(hù)著一個(gè)16384 bit (2kB)的位數(shù)組，每個(gè)bit對(duì)應(yīng)相同編號(hào)的槽，用 0 / 1標(biāo)識(shí)對(duì)于某個(gè)槽自己是否擁有

• 集群節(jié)點(diǎn)同時(shí)還維護(hù)著槽到集群節(jié)點(diǎn)的映射，是由長(zhǎng)度為16384，數(shù)組下標(biāo)代表槽編號(hào)，值為節(jié)點(diǎn)信息的數(shù)組

3 集群擴(kuò)容

Redis Cluster支持不影響集群對(duì)外服務(wù)的情況下，對(duì)集群進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)容或縮容，當(dāng)Redis 新節(jié)點(diǎn)加入現(xiàn)有集群后，需要為其遷移槽和數(shù)據(jù)，確保遷移后每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)相似數(shù)量的槽，使數(shù)據(jù)分布均勻在各節(jié)點(diǎn)上

整個(gè)數(shù)據(jù)遷移涉及系列操作，Redis提供了集群管理工具，包括基于Ruby的redis-trib.rb，還Redis5新提供的基于C語(yǔ)言redis-cli，下面的介紹以redis-cli為例

源節(jié)點(diǎn)將指定slot數(shù)據(jù)遷移到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，基本流程如下：

• (1) redis-cli設(shè)置目標(biāo)節(jié)點(diǎn)指定slot狀態(tài)importing，讓目標(biāo)節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備遷入slot數(shù)據(jù)

• (2) redis-cli設(shè)置源節(jié)點(diǎn)指定slot狀態(tài)migrating，讓讓源節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備遷出slot的數(shù)據(jù)

• (3) redis-cli批量遷移源節(jié)點(diǎn)指定slot中的數(shù)據(jù)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)

• (4) 數(shù)據(jù)遷移完后 redis-cli向集群所有主節(jié)點(diǎn)通知槽被分配給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)更新slot與節(jié)點(diǎn)映射關(guān)系信息

通常情況下，如果客戶(hù)端請(qǐng)求的數(shù)據(jù)不在節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)會(huì)回復(fù) MOVED 重定向信息，客戶(hù)端根據(jù)該信息再請(qǐng)求正確的節(jié)點(diǎn)。對(duì)于正在遷移的slot數(shù)據(jù)，保證客戶(hù)端仍然能正常訪問(wèn)的設(shè)計(jì)如下：

• (1) 遷移完成后才更新slot與節(jié)點(diǎn)映射關(guān)系信息，如果遷移進(jìn)行中的映射信息保持與遷移前一致

• (2) 如果客戶(hù)端訪問(wèn)源節(jié)點(diǎn)，訪問(wèn)的key尚未遷出，則正常的處理該key

• (3) 如果客戶(hù)端訪問(wèn)源節(jié)點(diǎn)，訪問(wèn)的key尚已遷出，源節(jié)點(diǎn)返回ASK重定向信息

• (4) 客戶(hù)端根據(jù)ASK 重定向異常提取出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)信息，先向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送ASKING命令請(qǐng)求操作，再執(zhí)行鍵命令

ASK 和 MOVED 這2個(gè)重定向控制有如下區(qū)別：

• ASK 重定向說(shuō)明集群正在進(jìn)行 slot 數(shù)據(jù)遷移，客戶(hù)端無(wú)法知道什么時(shí)候遷移完成，因此只能是臨時(shí)性的重定向，客戶(hù)端不會(huì)更新 slot 到 Redis 節(jié)點(diǎn)的映射緩存。

• MOVED 重定向說(shuō)明鍵對(duì)應(yīng)的slot 已經(jīng)明確指定到新的節(jié)點(diǎn)，因此需要更新 slot 到 Redis 節(jié)點(diǎn)的映射緩存

4 CAP取舍

CAP包括：一致性（Consistency）、可用性（Availability）、分區(qū)容錯(cuò)性（Partition tolerance），系統(tǒng)如果不能在時(shí)限內(nèi)達(dá)成數(shù)據(jù)一致性，就意味著發(fā)生了分區(qū)的情況，必須在C和A之間做出選擇

Redis Cluster選擇了AP架構(gòu)，為了保證可用性，Redis并不保證強(qiáng)一致性，在特定條件下會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致甚至丟失寫(xiě)操作

第一個(gè)原因是：為了在性能和一致性上做出權(quán)衡，主從節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)同步是異步復(fù)制的，當(dāng)客戶(hù)端成功寫(xiě)入master節(jié)點(diǎn)，master返回成功，master節(jié)點(diǎn)才將寫(xiě)操作異步復(fù)制給slave節(jié)點(diǎn)

另外一個(gè)原因是，當(dāng)集群發(fā)送網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，集群可能會(huì)分為兩部分：多數(shù)派和少數(shù)派，假如masterA節(jié)點(diǎn)位于少數(shù)派，如果網(wǎng)絡(luò)分區(qū)發(fā)生時(shí)間較短，那么集群將會(huì)繼續(xù)正常運(yùn)作；如果分區(qū)的時(shí)間足夠長(zhǎng)，讓多數(shù)派中選舉為新的master替代matsterA，那么分區(qū)期間寫(xiě)入masterA的數(shù)據(jù)就丟失了

在網(wǎng)絡(luò)分區(qū)期間， 客戶(hù)端可以向matsterA發(fā)送寫(xiě)命令的最大時(shí)間是有限制的， 這一時(shí)間限制稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)超時(shí)時(shí)間（cluster-node-timeout），是 Redis集群的一個(gè)重要的配置選項(xiàng)

感謝各位的閱讀，以上就是“Redis集群的原理是什么”的內(nèi)容了，經(jīng)過(guò)本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)Redis集群的原理是什么這一問(wèn)題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是創(chuàng)新互聯(lián)，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！

網(wǎng)站名稱(chēng)：Redis集群的原理是什么
標(biāo)題URL：http://jinyejixie.com/article36/gpsdpg.html

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