Redis Cluster
Redis Cluster是redis的分布式解決方案，在redis 3.0版本推出后有效的解決了reids分布式方面的需求，Redis Cluster的主要特性有：
- 資料進行分片，在每個master上保存一部分資料
- 內置高可用支持，部分master不可用時，仍可提供服務
- 支持N個master節點，每個master node可以掛載多個slave node
- 支持自動選舉機制，在master node故障時，會從slave node中選舉出新的master，并進行切換
- 每個master節點都負責進行資料讀寫操作，每個節點之間會進行通信
Redis Cluster的虛擬槽磁區(hash slot)
虛擬槽磁區是Redis Cluster采用的磁區方式，
- Redis Cluster為我們預設了16384個hash slot（范圍0-16383），每一個hash slot映射一個資料子集，
- 資料子集中的key通過計算CRC16的值，然后對16384取模，來確認對應的hash slot，
- 每個master管理一部分slot,根據master節點的資料平均分配，
- 由于資料保存在slot中，當節點擴容或縮容時，對slot進行重新分配遷移即可，資料不會丟失，
- 分配遷移slot的成本是非常低的（slot的總數只有16384個）
- Redis Cluster的節點之間會共享訊息，每個節點都會知道是哪個節點負責哪個范圍內的slot
節點間的內部通信機制
基礎通信原理
- redis cluster節點間采取gossip協議進行通信
跟集中式不同，不是將集群元資料（節點資訊，故障，等等）集中存盤在某個節點上，
而是互相之間不斷通信，保持整個集群所有節點的資料是完整的
- 集中式：好處在于，元資料的更新和讀取，時效性非常好，一旦元資料出現了變更，
立即就更新到集中式的存盤中，其他節點讀取的時候立即就可以感知到;
不好在于，所有的元資料的更新壓力全部集中在一個地方，可能會導致元資料的存盤有壓力- gossip：好處在于，元資料的更新比較分散，不是集中在一個地方，更新請求會陸陸續續，
打到所有節點上去更新，有一定的延時，降低了壓力; 缺點，元資料更新有延時，可能導致集群的一些操作會有一些滯后
- 10000埠
- 每個節點都有一個專門用于節點間通信的埠，就是自己提供服務的埠號+10000，比如7001，那么用于節點間通信的就是17001埠
- 每個節點每隔一段時間都會往另外幾個節點發送ping訊息，同時其他幾點接收到ping之后回傳pong
- 交換的資訊
故障資訊，節點的增加和移除，hash slot資訊，等
gossip協議
gossip協議包含多種訊息，包括ping，pong，meet，fail
- meet: 某個節點發送meet給新加入的節點，讓新節點加入集群中，然后新節點就會開始與其他節點進行通信
redis-trib.rb add-node
其實內部就是發送了一個gossip meet訊息，給新加入的節點，通知那個節點去加入我們的集群 - ping: 每個節點都會頻繁給其他節點發送ping，其中包含自己的狀態還有自己維護的集群元資料，互相通過ping交換元資料
每個節點每秒都會頻繁發送ping給其他的集群，ping，頻繁的互相之間交換資料，互相進行元資料的更新 - pong: 回傳ping和meet，包含自己的狀態和其他資訊，也可以用于資訊廣播和更新
- fail: 某個節點判斷另一個節點fail之后，就發送fail給其他節點，通知其他節點，指定的節點宕機了
ping訊息
- ping很頻繁，而且要攜帶一些元資料，所以可能會加重網路負擔
每個節點每秒會執行10次ping，每次會選擇5個最久沒有通信的其他節點 - 當然如果發現某個節點通信延時達到了cluster_node_timeout / 2，那么立即發送ping，避免資料交換延時過長，落后的時間太長了
- 比如說，兩個節點之間都10分鐘沒有交換資料了，那么整個集群處于嚴重的元資料不一致的情況，就會有問題
所以cluster_node_timeout可以調節，如果調節比較大，那么會降低發送的頻率 - 每次ping，一個是帶上自己節點的資訊，還有就是帶上1/10其他節點的資訊，發送出去，進行資料交換
至少包含3個其他節點的資訊，最多包含總節點-2個其他節點的資訊
訊息頭
Ping和Pong資料包包含所有型別的資料包（例如，請求故障轉移投票的資料包）通用的訊息頭，
通用訊息頭具有以下資訊：
- 節點ID,在第一次創建節點時分配的160位偽隨機字串，在Redis Cluster節點的整個生命周期中都保持不變
- 節點標志，指示該節點是從節點，主節點還是其他節點資訊
- 發送節點的哈希槽的位圖
- 發送節點的TCP埠
- 發送節點的狀態
- 發送節點的主節點ID（如果它是從節點）
客戶端路由
moved重定向
- 每個節點通過通信都會共享Redis Cluster中槽和集群中對應節點的關系
- 客戶端向Redis Cluster的任意節點發送命令，接收命令的節點會根據CRC16規則進行hash運算與16384取模，計算自己的槽和對應節點
- 如果保存資料的槽被分配給當前節點，則去槽中執行命令，并把命令執行結果回傳給客戶端
- 如果保存資料的槽不在當前節點的管理范圍內，則向客戶端回傳moved重定向例外
- 客戶端接收到節點回傳的結果，如果是moved例外，則從moved例外中獲取目標節點的資訊
- 客戶端向目標節點發送命令，獲取命令執行結果
ask重定向
什么是ask重定向？
在對集群進行擴容和縮容時，需要對槽及槽中資料進行遷移
當客戶端向某個節點發送命令，節點向客戶端回傳moved例外，告訴客戶端資料對應的槽的節點資訊
如果此時正在進行集群擴展或者縮容操作，當客戶端向正在遷移的節點發送命令時，要操作的資料已經被遷移到別的節點了，就會回傳ask，這就是ask重定向機制
步驟：
- 客戶端向目標節點發送命令，目標節點中的槽正在遷移中，此時目標節點會回傳ask重定向給客戶端
- 客戶端接收到ask后，向新的節點發起重定向操作，通過發送Asking命令的方式來操作，
- 新節點執行命令，把命令執行結果回傳給客戶端
- 客戶端接收ask重向后，并不會更新本地映射表（槽和集群中節點的對應關系）
多Key操作（hash tags）
在Redis Cluster中，每個key對應的hash slot都各不相同，資料保存的節點也不盡相同，那么如何做到多個key的批量操作呢？
hash tags就是用來解決這個問題的，使用hash tags可以確保多個key映射到同一個hash slot中，
redis cluster中為了實作hash tags做了些特殊計算，
如果一個鍵包含一個 “{…}” 這樣的模式，只有 { 和 } 之間的字串會被用來做哈希以獲取哈希槽
但是由于可能出現多個 { 或 }，算的演算法如下：
- 如果鍵包含一個 { 字符，
- 那么在 { 的右邊就會有一個 }，
- 在 { 和 } 之間會有一個或多個字符，第一個 } 一定是出現在第一個 { 之后，
例如：
- abc{hello} yhn{hello}
- {abc}}hello {abc}}nihao
多key操作：
MSET {user:1000}.name Angela {user:1000}.surname White
參考資料：
https://redis.io/topics/cluster-spec
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標籤：NoSQL