Redis（144）Redis的Cluster的节点通信是如何实现的？

Victor3562025-11-25 7:04

Redis Cluster 的节点通信是其核心功能之一，保证了节点之间的数据同步、故障检测和集群管理。Redis Cluster 使用 Gossip 协议进行节点间通信，并通过 TCP 进行点对点的消息传递。节点间的消息通常包括心跳（Ping/Pong）、故障报告、槽分配信息等。

节点通信实现步骤

  1. 节点发现：集群节点需要知道其他节点的存在，并与它们建立通信。
  2. 心跳检测：节点之间定期发送心跳消息（Ping），以确认它们的健康状态。
  3. 消息处理：节点收到的消息需要进行解析和处理。
  4. 故障检测：如果一个节点长时间未响应心跳消息，它可能会被标记为失败。
  5. 数据同步：节点间的数据变化（例如槽分配）需要同步到整个集群。

详细实现步骤和代码示例

1. 节点发现

节点发现是通过配置文件或启动参数指定集群的初始节点，然后通过这些初始节点发现其他节点。

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define MAX_NODES 10

typedef struct clusterNode {
    char name[40];      /* Node ID */
    char ip[16];        /* Node IP */
    int port;           /* Node Port */
} clusterNode;

typedef struct cluster {
    clusterNode nodes[MAX_NODES];
    int node_count;
} cluster;

/* Function to add a node to the cluster */
void addNode(cluster *cl, const char *name, const char *ip, int port) {
    if (cl->node_count < MAX_NODES) {
        strcpy(cl->nodes[cl->node_count].name, name);
        strcpy(cl->nodes[cl->node_count].ip, ip);
        cl->nodes[cl->node_count].port = port;
        cl->node_count++;
    } else {
        printf("Cluster node limit reached\n");
    }
}

/* Example usage */
int main() {
    cluster cl = {0};

    addNode(&cl, "node1", "192.168.1.1", 6379);
    addNode(&cl, "node2", "192.168.1.2", 6379);

    for (int i = 0; i < cl.node_count; i++) {
        printf("Node %s: %s:%d\n", cl.nodes[i].name, cl.nodes[i].ip, cl.nodes[i].port);
    }

    return 0;
}

2. 心跳检测

心跳消息用于节点之间的健康检查，通常是 Ping/Pong 消息，用于确认节点是否在线。

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <time.h>

#define HEARTBEAT_INTERVAL 1000  // 1 second

typedef struct clusterNode {
    char name[40];      /* Node ID */
    char ip[16];        /* Node IP */
    int port;           /* Node Port */
    time_t last_heartbeat; /* Last time a heartbeat was received */
} clusterNode;

typedef struct cluster {
    clusterNode nodes[MAX_NODES];
    int node_count;
} cluster;

/* Function to send heartbeat message */
void sendHeartbeat(clusterNode *node) {
    printf("Sending heartbeat to node %s\n", node->name);
    // In a real implementation, here you would send a PING message over the network.
    node->last_heartbeat = time(NULL);
}

/* Function to check for node failures based on heartbeat */
void checkHeartbeat(clusterNode *node) {
    time_t now = time(NULL);
    if (now - node->last_heartbeat > HEARTBEAT_INTERVAL) {
        printf("Node %s is not responding\n", node->name);
        // Mark node as failed
        // In a real implementation, update the node's status
    }
}

/* Example usage */
int main() {
    clusterNode node = {"node1", "192.168.1.1", 6379, time(NULL)};

    // Periodically send heartbeat
    sendHeartbeat(&node);

    // Simulate a delay in heartbeat
    node.last_heartbeat = time(NULL) - 2;

    // Check heartbeat
    checkHeartbeat(&node);

    return 0;
}

3. 消息处理

节点收到的消息需要进行解析和处理，根据消息类型执行不同的操作。

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

typedef struct clusterNode {
    char name[40];      /* Node ID */
    char ip[16];        /* Node IP */
    int port;           /* Node Port */
    // other fields...
} clusterNode;

/* Enum for message types */
typedef enum {
    MSG_TYPE_PING,
    MSG_TYPE_PONG,
    MSG_TYPE_FAIL,
    // other message types...
} msgType;

/* Function to process received messages */
void processMessage(clusterNode *node, msgType type) {
    switch (type) {
        case MSG_TYPE_PING:
            printf("Received PING from node %s\n", node->name);
            // Send PONG response
            break;
        case MSG_TYPE_PONG:
            printf("Received PONG from node %s\n", node->name);
            // Update node status
            break;
        case MSG_TYPE_FAIL:
            printf("Received FAIL for node %s\n", node->name);
            // Mark node as failed
            break;
        default:
            printf("Unknown message type\n");
            break;
    }
}

/* Example usage */
int main() {
    clusterNode node = {"node1", "192.168.1.1", 6379};

    // Simulate receiving a PING message
    processMessage(&node, MSG_TYPE_PING);

    // Simulate receiving a PONG message
    processMessage(&node, MSG_TYPE_PONG);

    // Simulate receiving a FAIL message
    processMessage(&node, MSG_TYPE_FAIL);

    return 0;
}

4. 故障检测

通过心跳检测和故障报告，节点可以检测到其他节点的故障，并采取相应的措施。

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <time.h>

#define HEARTBEAT_INTERVAL 1000  // 1 second

typedef struct clusterNode {
    char name[40];      /* Node ID */
    char ip[16];        /* Node IP */
    int port;           /* Node Port */
    time_t last_heartbeat; /* Last time a heartbeat was received */
    int flags;          /* Node flags: fail, etc. */
} clusterNode;

typedef struct cluster {
    clusterNode nodes[MAX_NODES];
    int node_count;
} cluster;

#define CLUSTER_NODE_FAIL 0x01

/* Function to send heartbeat message */
void sendHeartbeat(clusterNode *node) {
    printf("Sending heartbeat to node %s\n", node->name);
    // In a real implementation, here you would send a PING message over the network.
    node->last_heartbeat = time(NULL);
}

/* Function to check for node failures based on heartbeat */
void checkHeartbeat(clusterNode *node) {
    time_t now = time(NULL);
    if (now - node->last_heartbeat > HEARTBEAT_INTERVAL) {
        printf("Node %s is not responding\n", node->name);
        // Mark node as failed
        node->flags |= CLUSTER_NODE_FAIL;
    }
}

/* Example usage */
int main() {
    clusterNode node = {"node1", "192.168.1.1", 6379, time(NULL), 0};

    // Periodically send heartbeat
    sendHeartbeat(&node);

    // Simulate a delay in heartbeat
    node.last_heartbeat = time(NULL) - 2;

    // Check heartbeat
    checkHeartbeat(&node);

    return 0;
}

5. 数据同步

节点之间的数据变化（如槽分配）需要同步到整个集群。这里我们模拟槽分配的同步。

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define HASH_SLOTS 16384

typedef struct clusterNode {
    char name[40];      /* Node ID */
    char ip[16];        /* Node IP */
    int port;           /* Node Port */
    int start_slot;     /* Start hash slot */
    int end_slot;       /* End hash slot */
} clusterNode;

/* Function to synchronize slot information */
void syncSlotInfo(clusterNode *nodes, int node_count) {
    for (int i = 0; i < node_count; i++) {
        for (int j = 0; j < node_count; j++) {
            if (i != j) {
                printf("Synchronizing slot info from node %s to node %s\n", nodes[i].name, nodes[j].name);
                // In a real implementation, here you would send the slot information over the network.
            }
        }
    }
}

/* Example usage */
int main() {
    clusterNode nodes[2] = {
        {"node1", "192.168.1.1", 6379, 0, 5460},
        {"node2", "192.168.1.2", 6379, 5461, 10921}
    };

    syncSlotInfo(nodes, 2);

    return 0;
}
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