【Redis进阶】Redis集群

Redis Cluster将集群划分为16384个槽位，数据库中所有的key进行hash计算后，都会落到16384个槽位中的其中一个槽位。那么key是如何定位到哪个槽位的呢，可以通过公式进行计算：CRC16（key）%16384，得到的值就是槽位；16384个槽位全部分配给cluster中的节点，每个节点维护自己的槽位，同时每个节点也会存储其他节点维护的槽位信息。

数据访问如何定位到具体的节点

如上图所示

1.如果客户端发送过来的key刚好在节点1所维护的范围之内，直接返回结果
2.如果客户端发送过来的key不在节点1所维护的范围之内，节点1会返回moved命令，告诉客户端所请求的key在节点2所维护的槽内，客户端收到命令之后，向正确的节点重新发送获取命令，拿到返回结果。

Redis集群工作原理

1.数据分片

当客户端发送写入请求时，Redis 集群使用 CRC16 算法对键进行哈希运算，得到一个哈希值，然后对 16384 取模，确定该键对应的槽。集群中的某个节点负责这个槽的所有键。

2.请求路由

客户端可以直接连接到集群中的任意节点。当请求的数据不在当前节点上时，该节点会返回一个 MOVED 响应，指引客户端向正确的节点发送请求。

3.故障检测与自动故障转移

Redis 集群中的每个节点都会通过 Gossip 协议交换彼此的状态。如果一个主节点被大多数主节点判定为不可用（称为主观下线，SDOWN），集群会尝试将其从节点提升为主节点，并接管它负责的槽（称为客观下线，ODOWN）。

4.数据一致性

Redis 集群采用异步复制机制，从节点异步地复制主节点的数据。如果主节点故障，部分数据可能丢失，尽管如此，Redis 集群仍然保证大多数情况下的高可用性和数据完整性。

Redis集群搭建

要搭建 Redis 集群，通常需要至少 6 个 Redis 实例（3 个主节点，3 个从节点）。以下是搭建 Redis 集群的基本步骤：

1.准备Redis实例

安装 Redis，并配置多个实例，每个实例配置不同的端口和 cluster-enabled yes 选项。

2.配置节点

每个 Redis 实例的配置文件（如 redis.conf）中需要设置 cluster-enabled yes，并指定 cluster-config-file 和 cluster-node-timeout。

3.启动Redis实例

启动所有 Redis 实例，使它们处于独立运行状态。

4.创建集群

使用 Redis 自带的 redis-cli 工具执行 redis-cli --cluster create 命令，将多个 Redis 实例组成一个集群。
在执行此命令时，需要指定主从节点，并划分 16384 个槽给各个主节点。

5.检查集群状态

使用 redis-cli --cluster check 命令检查集群状态，确保所有节点正确配置并互相连接。

Redis集群的优缺点

优点

可扩展性：通过数据分片，Redis 集群能够水平扩展，将数据分布在多个节点上，从而扩展存储容量和吞吐量。
高可用性：通过主从复制和自动故障转移，Redis 集群能够在主节点故障时自动恢复，并继续提供服务。
无中心架构：Redis 集群采用无中心架构，避免了单点故障，使得整个集群更加稳定和健壮。

缺点

复杂性增加：与单节点 Redis 相比，Redis 集群的部署和管理更加复杂，特别是在处理节点故障和数据恢复时。
数据一致性问题：由于采用异步复制，Redis 集群在主节点故障时可能会丢失部分数据。
槽迁移：在动态扩展或缩减集群时，槽的迁移可能会导致暂时性的服务中断。

Redis集群的常见问题及优化

1.避免网络分区

网络分区可能导致集群的部分节点不可用。可以通过设置合理的超时时间和定期的节点检查来减少网络分区的影响。

2.优化读写性能

为了提高读写性能，可以通过增加从节点数量和使用客户端的智能路由机制来优化读写操作的分布

3.数据重分片

在扩展或缩减集群时，需要对槽进行重新分配。为了减少对服务的影响，可以使用 Redis 提供的工具 redis-trib 或者 redis-cli 进行平滑的数据迁移。

4.监控与告警

使用监控工具（如 Redis Sentinel、Prometheus 等）实时监控 Redis 集群的状态，并配置告警策略，及时处理集群中的异常情况。

Redis 集群通过数据分片、主从复制和无中心架构，提供了一种高可用、可扩展的分布式键值存储解决方案。尽管它的部署和管理较为复杂，但对于大规模、高可用性需求的应用场景，Redis 集群是一个强大的工具。通过合理的配置、优化和监控，Redis 集群能够为分布式应用提供强大的数据支持和高性能的存储服务。