作者 |?張小盼

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出品 | CSDN云計(jì)算（ID：CSDNcloud）

Redis 緩存因其訪問(wèn)性能高、可靠性更高，作為緩存工具在各大互聯(lián)網(wǎng)公司中廣泛使用。今天我們就來(lái)看看Redis Cluster 的實(shí)現(xiàn)原理。

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集群建立

Redis集群是由多個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)都是相互獨(dú)立的，為了組建一個(gè)redis集群，我們需要使用CLUSTER MEET命令把他們連接起來(lái)。

節(jié)點(diǎn)A通過(guò)接收客戶端發(fā)來(lái)的LUSTER MEET命令將另一個(gè)節(jié)點(diǎn)B加入到集群中，接收到命令的節(jié)點(diǎn)A將與節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行握手來(lái)來(lái)確認(rèn)彼此的存在。下圖顯示了它們握手的過(guò)程。

握手完成后，節(jié)點(diǎn)A會(huì)將節(jié)點(diǎn)B的信息通過(guò)Gossip協(xié)議傳播給集群中的其他節(jié)點(diǎn)，讓其他節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)B完成握手，之后節(jié)點(diǎn)B就會(huì)被集群中的所有節(jié)點(diǎn)認(rèn)識(shí)了。

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槽指派

集群建立之后，那么接下來(lái)要解決的就是數(shù)據(jù)分布問(wèn)題了。Redis緩存信息是使用 Key-Value 的形式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，Redis集群又將整個(gè)數(shù)據(jù)分布16384個(gè)槽中。在存儲(chǔ)信息的時(shí)候，集群會(huì)對(duì)每個(gè)要存儲(chǔ)的Key計(jì)算CRC16 校驗(yàn)值并對(duì) 16384 取模（slot = CRC16(key)%16384）。由于集群中的槽會(huì)被指派到不同的節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保存著一個(gè)clusterNode結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)里有一個(gè)slots屬性記錄了節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理哪些槽。

1struct?clusterNode{ 2?????//......? 3?????unsigned?char?slots[16384/8];? 4?????//......? 5}

這個(gè)slots屬性是個(gè)二進(jìn)制位的數(shù)組，數(shù)組長(zhǎng)度為16384/8=2048個(gè)字節(jié)，共包含16384個(gè)二進(jìn)制位。每個(gè)二進(jìn)制位代表一個(gè)槽，節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)二進(jìn)制位上的值進(jìn)行判斷該節(jié)點(diǎn)是否負(fù)責(zé)處理這個(gè)槽，1代表處理，0代表不處理。

表格中代表的是該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)集群中的槽1、3、5、7,這種處理方式可以很快的得出節(jié)點(diǎn)是否負(fù)責(zé)處理某個(gè)槽的數(shù)據(jù)。

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指令執(zhí)行

在集群中的16384個(gè)槽都進(jìn)行了指派之后，集群就進(jìn)入了上線狀態(tài)，這時(shí)客戶端就可以向集群發(fā)送數(shù)據(jù)命令了。

當(dāng)客戶端向節(jié)點(diǎn)發(fā)送GET/SET指令時(shí)，收到指令的節(jié)點(diǎn)會(huì)先對(duì)指令操作的key進(jìn)行計(jì)算，得出該key值應(yīng)該存儲(chǔ)在哪個(gè)槽中，并檢查這個(gè)槽是否指派給了自己。

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故障轉(zhuǎn)移與恢復(fù)

Redis集群中的節(jié)點(diǎn)分為主節(jié)點(diǎn)（master）和從節(jié)點(diǎn)（slave），主節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)處理槽，從節(jié)點(diǎn)則用于復(fù)制某個(gè)主節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并在被復(fù)制的主節(jié)點(diǎn)下線時(shí)，代替主節(jié)點(diǎn)處理后續(xù)的命令請(qǐng)求。

針對(duì)節(jié)點(diǎn)下線有兩種狀態(tài)：

1.主觀下線：當(dāng)節(jié)點(diǎn)A想節(jié)點(diǎn)B發(fā)送了一條PING消息時(shí)，節(jié)點(diǎn)B沒(méi)有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（設(shè)置的cluster-node-timeout參數(shù)）返回PONG消息，那么節(jié)點(diǎn)A會(huì)將節(jié)點(diǎn)B標(biāo)記為主觀下線狀態(tài)。

這里的主觀下線只是節(jié)點(diǎn)A主觀的認(rèn)為節(jié)點(diǎn)B下線了，有可能是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B之間的網(wǎng)絡(luò)斷了，但是其他節(jié)點(diǎn)依然可以和節(jié)點(diǎn)B通訊，所以主觀下線并不一定是節(jié)點(diǎn)B真的就下線了。

2.客觀下線：由于節(jié)點(diǎn)A與集群內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)仍然保持通訊，因此節(jié)點(diǎn)B的下線消息也通過(guò)Gossip協(xié)議傳遍了集群內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)集群內(nèi)半數(shù)以上的節(jié)點(diǎn)都認(rèn)為節(jié)點(diǎn)B主觀下線了，那么節(jié)點(diǎn)B就會(huì)被認(rèn)為客觀下線了，同時(shí)將節(jié)點(diǎn)B標(biāo)記為客觀下線的節(jié)點(diǎn)會(huì)向集群中發(fā)送一條FAIL消息，所有收到這條消息的節(jié)點(diǎn)會(huì)立即將節(jié)點(diǎn)B標(biāo)記為客觀下線。

如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為客觀下線了，那么就需要從它的從節(jié)點(diǎn)當(dāng)中選出一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)代替它成為主節(jié)點(diǎn)。選舉過(guò)程如下：

a.當(dāng)從節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己正在復(fù)制的主節(jié)點(diǎn)被標(biāo)記為客觀下線時(shí)，從節(jié)點(diǎn)會(huì)向集群中發(fā)送一條CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_REQUEST消息，要求所有收到這條消息的具有投票權(quán)的主節(jié)點(diǎn)向這個(gè)從節(jié)點(diǎn)投票

b.如果一個(gè)主節(jié)點(diǎn)具有投票權(quán)，并且未投票給其他從節(jié)點(diǎn)，那么這個(gè)主節(jié)點(diǎn)會(huì)向要求投票的從節(jié)點(diǎn)返回一條CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_ACK消息，表示這個(gè)主節(jié)點(diǎn)支持該從節(jié)點(diǎn)成為新的主節(jié)點(diǎn)

c.每個(gè)從節(jié)點(diǎn)都會(huì)接收返回的CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_ACK消息，并會(huì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)自己得到了多少主節(jié)點(diǎn)的支持

d.每個(gè)具有投票權(quán)的主節(jié)點(diǎn)只能投一次票，當(dāng)一個(gè)從節(jié)點(diǎn)獲得了一半以上的主節(jié)點(diǎn)的支持票時(shí)，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)成為新的主節(jié)點(diǎn)，

e.如果沒(méi)有任何一個(gè)從節(jié)點(diǎn)獲取大于半數(shù)的投票，那么將進(jìn)行新的選舉，直到選出新的主節(jié)點(diǎn)為止。

f.新的主節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生后，它會(huì)撤銷所有對(duì)已下線的主節(jié)點(diǎn)的槽指派，并將這些槽指派給自己。

g.新的主節(jié)點(diǎn)會(huì)向集群中廣播一條PONG消息，讓集群中的其他節(jié)點(diǎn)直到這個(gè)從節(jié)點(diǎn)已經(jīng)成為了新的主節(jié)點(diǎn)，并且接管了原先主節(jié)點(diǎn)的所有槽。

h.新的主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收和自己處理的槽相關(guān)的指令，至此故障轉(zhuǎn)移結(jié)束。

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結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)集群建立、槽指派、指令執(zhí)行、故障轉(zhuǎn)移與恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行分析，一步一步的帶大家認(rèn)識(shí)Redis集群。希望對(duì)大家認(rèn)識(shí)和了解Redis集群有所幫助。

作者簡(jiǎn)介：張小盼 中國(guó)農(nóng)業(yè)銀行研發(fā)中心，全棧運(yùn)維研發(fā)工程師。

直播間地址：

https://live.csdn.net/room/csdnnews/B3423dYF

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的干货！Redis集群工作原理解析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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