作者 |?張小盼

頭圖?|?下載于東方IC

出品 | CSDN云計算（ID：CSDNcloud）

Redis 緩存因其訪問性能高、可靠性更高，作為緩存工具在各大互聯網公司中廣泛使用。今天我們就來看看Redis Cluster 的實現原理。

?

集群建立

Redis集群是由多個Redis節點組成，每個Redis節點都是相互獨立的，為了組建一個redis集群，我們需要使用CLUSTER MEET命令把他們連接起來。

節點A通過接收客戶端發來的LUSTER MEET命令將另一個節點B加入到集群中，接收到命令的節點A將與節點B進行握手來來確認彼此的存在。下圖顯示了它們握手的過程。

握手完成后，節點A會將節點B的信息通過Gossip協議傳播給集群中的其他節點，讓其他節點與節點B完成握手，之后節點B就會被集群中的所有節點認識了。

?

槽指派

集群建立之后，那么接下來要解決的就是數據分布問題了。Redis緩存信息是使用 Key-Value 的形式來存儲數據，Redis集群又將整個數據分布16384個槽中。在存儲信息的時候，集群會對每個要存儲的Key計算CRC16 校驗值并對 16384 取模（slot = CRC16(key)%16384）。由于集群中的槽會被指派到不同的節點，從而實現了數據的分布式存儲。

每個節點都保存著一個clusterNode結構，該結構里有一個slots屬性記錄了節點負責處理哪些槽。

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

這個slots屬性是個二進制位的數組，數組長度為16384/8=2048個字節，共包含16384個二進制位。每個二進制位代表一個槽，節點會根據二進制位上的值進行判斷該節點是否負責處理這個槽，1代表處理，0代表不處理。

表格中代表的是該節點負責集群中的槽1、3、5、7,這種處理方式可以很快的得出節點是否負責處理某個槽的數據。

?

指令執行

在集群中的16384個槽都進行了指派之后，集群就進入了上線狀態，這時客戶端就可以向集群發送數據命令了。

當客戶端向節點發送GET/SET指令時，收到指令的節點會先對指令操作的key進行計算，得出該key值應該存儲在哪個槽中，并檢查這個槽是否指派給了自己。

?

故障轉移與恢復

Redis集群中的節點分為主節點（master）和從節點（slave），主節點主要負責處理槽，從節點則用于復制某個主節點數據，并在被復制的主節點下線時，代替主節點處理后續的命令請求。

針對節點下線有兩種狀態：

1.主觀下線：當節點A想節點B發送了一條PING消息時，節點B沒有在規定的時間內（設置的cluster-node-timeout參數）返回PONG消息，那么節點A會將節點B標記為主觀下線狀態。

這里的主觀下線只是節點A主觀的認為節點B下線了，有可能是因為節點A和節點B之間的網絡斷了，但是其他節點依然可以和節點B通訊，所以主觀下線并不一定是節點B真的就下線了。

2.客觀下線：由于節點A與集群內的其他節點仍然保持通訊，因此節點B的下線消息也通過Gossip協議傳遍了集群內的其他節點。

當集群內半數以上的節點都認為節點B主觀下線了，那么節點B就會被認為客觀下線了，同時將節點B標記為客觀下線的節點會向集群中發送一條FAIL消息，所有收到這條消息的節點會立即將節點B標記為客觀下線。

如果一個節點被認為客觀下線了，那么就需要從它的從節點當中選出一個節點來代替它成為主節點。選舉過程如下：

a.當從節點發現自己正在復制的主節點被標記為客觀下線時，從節點會向集群中發送一條CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_REQUEST消息，要求所有收到這條消息的具有投票權的主節點向這個從節點投票

b.如果一個主節點具有投票權，并且未投票給其他從節點，那么這個主節點會向要求投票的從節點返回一條CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_ACK消息，表示這個主節點支持該從節點成為新的主節點

c.每個從節點都會接收返回的CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_ACK消息，并會進行統計自己得到了多少主節點的支持

d.每個具有投票權的主節點只能投一次票，當一個從節點獲得了一半以上的主節點的支持票時，那么這個節點就會成為新的主節點，

e.如果沒有任何一個從節點獲取大于半數的投票，那么將進行新的選舉，直到選出新的主節點為止。

f.新的主節點產生后，它會撤銷所有對已下線的主節點的槽指派，并將這些槽指派給自己。

g.新的主節點會向集群中廣播一條PONG消息，讓集群中的其他節點直到這個從節點已經成為了新的主節點，并且接管了原先主節點的所有槽。

h.新的主節點負責接收和自己處理的槽相關的指令，至此故障轉移結束。

?

結束語

本文通過對集群建立、槽指派、指令執行、故障轉移與恢復的實現原理進行分析，一步一步的帶大家認識Redis集群。希望對大家認識和了解Redis集群有所幫助。

作者簡介：張小盼 中國農業銀行研發中心，全棧運維研發工程師。

直播間地址：

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

更多精彩推薦 ?三個月前被 K8S 棄用，Docker 火了！獲 2300 萬美元融資?一招上手！這樣設計扛住億級流量活動系統?Kubernetes 穩定性保障手冊（極簡版）點分享點收藏點點贊點在看 創作挑戰賽新人創作獎勵來咯，堅持創作打卡瓜分現金大獎

總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。