深入理解Redis集群机制

本文详细解析了Redis集群的核心概念和技术细节，帮助读者全面了解Redis集群如何高效地管理和扩展数据存储。

Redis集群概述

Redis集群采用分片技术实现数据的分布式存储，支持数据的复制和故障自动转移，确保系统的高可用性和数据的一致性。

节点通信

节点间的握手过程

在Redis集群中，各节点通过CLUSTER MEET 命令相互连接，建立通信。此命令使发起节点能够与指定的IP和端口的节点建立连接，从而加入同一个集群。

集群内部数据结构

• clusterNode结构体用于存储节点的基本信息，如创建时间、节点ID等。
• clusterLink是clusterNode的一个成员，用于维护节点间的网络连接信息。
• clusterState结构体保存了整个集群的状态信息，如集群是否在线、节点数量等。

槽位分配

槽位的概念

Redis集群将数据库划分为16384个槽位，每个键值对都会根据哈希算法分配到其中一个槽位，每个节点可处理0至16384个槽位。当所有槽位均有节点处理时，集群处于在线状态；反之，则为离线状态。

通过CLUSTER ADDSLOTS ...命令可以指定节点负责特定的槽位。

槽位分配信息的传播

节点会定期向其他节点广播自己的槽位分配情况，以保持集群内各节点信息的同步。

命令执行流程

在集群在线状态下，客户端可以向任意节点发送命令。接收命令的节点会首先确定该命令涉及的键所属的槽位，并检查该槽位是否由自己负责。若非本节点负责，则返回MOVED错误，指导客户端转向正确的节点。

键到槽位的映射

Redis使用CRC16校验和算法计算键对应的槽位编号，公式为：CRC16(key) & 16383。

槽位负责节点的确认

节点通过检查自身的slots数组来确定是否负责特定的槽位。

动态调整

Redis集群支持在线重新分片，允许将某个槽位的数据从一个节点迁移到另一个节点，无需停止服务。

重新分片过程中，可能会出现ASK错误，指示客户端需要先向目标节点发送ASKING命令，然后重新尝试执行原命令。

复制与故障恢复

Redis集群中的每个主节点都有一个或多个从节点，这些从节点复制主节点的数据，以备主节点故障时快速切换。

当检测到主节点故障时，集群会自动选择一个从节点晋升为主节点，继续提供服务。故障检测通过定时发送PING消息来完成，未能及时响应的节点将被标记为疑似下线，最终可能被标记为已下线。