文章目录

Redis 集群
- 集群搭建
- - 方式一
  - 方式二
- Redis 集群相关命令
- - CLUSTER INFO 打印集群的信息说明
- Redis集群原理分析
- - 相关文章

Redis 集群

集群搭建

方式一

1、准备六台服务器

192.168.236.141
192.168.236.142
192.168.236.143
192.168.236.144
192.168.236.145
192.168.236.146

2、安装redis
3、修改每台服务器redis.conf

# 允许任一连接
bind 0.0.0.0
daemonize yes
pidfile  "/local/redis-5.0.9/redis.pid"
logfile "/local/redis-5.0.9/log/redis.log"
dir ./data/
# 重要修改
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-6379.conf
cluster-node-timeout 15000

4、关闭每台服务器防火墙，或者每台服务器开放端口

# 开启redis原端口6379
firewall-cmd --list-ports
firewall-cmd --zone=public --add-port=6379/tcp --permanent
firewall-cmd --reload
# 开启集群总线端口，redis原端口+1000；这里一定要开启，不然redis之间节点握手不会成功；无法完成集群搭建
firewall-cmd --list-ports
firewall-cmd --zone=public --add-port=16379/tcp --permanent
firewall-cmd --reload

5、启动每台服务器redis

./bin/redis-server ./redis.conf

6、保证工作，可以清空redis数据库，重置集群设置

flushall
flushdb
cluster reset

7、查看每台服务器启动情况

# 进入redis客户端
cluster nodes

8、开始集群搭建

# 在其中一台服务器输入下面命令可以自动搭建集群
./bin/redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.236.141:6379 192.168.236.142:6379 192.168.236.143:6379 192.168.236.144:6379 192.168.236.145:6379 192.168.236.146:6379

9、查看集群搭建情况

cluster info

10、测试集群

方式二

在完成方式一第七步查看每台服务器启动情况 之后进行

8、节点握手

# 在141节点（或者任意节点）redis客户端，对其他节点进行握手
cluster meet 192.168.236.142 6379
cluster meet 192.168.236.143 6379
cluster meet 192.168.236.144 6379
cluster meet 192.168.236.145 6379
cluster meet 192.168.236.146 6379

9、每台服务器查看握手情况

# redis客户端，必须保证每台节点握手成功
cluster nodes

10、分配槽

# 在141、142、143三个节点上分配槽，这是这三个为主节点，剩下三个作为从节点
# 141节点
./bin/redis-cli cluster addslots {0..5461}
# 142节点
./bin/redis-cli cluster addslots {5462..10922}
# 143节点
./bin/redis-cli cluster addslots {10923..16383}

在Redis集群中，借助槽实现数据分区，具体原理后文会介绍。集群有16384个槽，槽是数据管理和迁移的基本单位。当数据库中的16384个槽都分配了节点时，集群处于上线状态（ok）；如果有任意一个槽没有分配节点，则集群处于下线状态（fail）。cluster info命令可以查看集群状态，分配槽之前状态为fail，分配槽使用cluster addslots命令，执行下面的命令将槽（编号0-16383）全部分配完毕之后；此时查看集群状态，显示所有槽分配完毕，集群进入上线状态。

11、指定主从关系

# 144节点运行，后面为141节点id
./bin/redis-cli cluster replicate be816eba968bc16c884b963d768c945e86ac51ae
# 145节点运行，后面为142节点id
./bin/redis-cli cluster replicate 788b361563acb175ce8232569347812a12f1fdb4
# 146节点运行，后面为143节点id
./bin/redis-cli cluster replicate a26f1624a3da3e5197dde267de683d61bb2dcbf1

12、查看集群搭建情况

cluster info

13、测试集群

Redis 集群相关命令

集群
1、CLUSTER INFO 打印集群的信息
2、CLUSTER NODES 列出集群当前已知的所有节点（node），以及这些节点的相关信息。
3、CLUSTER FAILOVER 手动故障转移，需要在转移的主节点的从节点上执行
节点
1、CLUSTER MEET 将 ip 和 port 所指定的节点添加到集群当中，让它成为集群的一份子。
2、CLUSTER FORGET 从集群中移除 node_id 指定的节点。
3、CLUSTER REPLICATE 将当前节点设置为 node_id 指定的节点的从节点。
4、CLUSTER SAVECONFIG 将节点的配置文件保存到硬盘里面。
槽(slot)
1、CLUSTER ADDSLOTS [slot …] 将一个或多个槽（slot）指派（assign）给当前节点。
2、CLUSTER DELSLOTS [slot …] 移除一个或多个槽对当前节点的指派。
3、CLUSTER FLUSHSLOTS 移除指派给当前节点的所有槽，让当前节点变成一个没有指派任何槽的节点。
4、CLUSTER SETSLOT NODE 将槽 slot 指派给 node_id 指定的节点，如果槽已经指派给另一个节点，那么先让另一个节点删除该槽，然后再进行指派。
1、CLUSTER SETSLOT MIGRATING 将本节点的槽 slot 迁移到 node_id 指定的节点中。
2、CLUSTER SETSLOT IMPORTING 从 node_id 指定的节点中导入槽 slot 到本节点。
3、CLUSTER SETSLOT STABLE 取消对槽 slot 的导入（import）或者迁移（migrate）。
键
1、CLUSTER KEYSLOT 计算键 key 应该被放置在哪个槽上。
2、CLUSTER COUNTKEYSINSLOT 返回槽 slot 目前包含的键值对数量。
3、CLUSTER GETKEYSINSLOT 返回 count 个 slot 槽中的键。

CLUSTER INFO 打印集群的信息说明

cluster_state:ok
cluster_slots_assigned:16384
cluster_slots_ok:16384
cluster_slots_pfail:0
cluster_slots_fail:0
cluster_known_nodes:6
cluster_size:3
cluster_current_epoch:6
cluster_my_epoch:2
cluster_stats_messages_sent:1483972
cluster_stats_messages_received:1483968

cluster_state: ok状态表示集群可以正常接受查询请求。fail 状态表示，至少有一个哈希槽没有被绑定（说明有哈希槽没有被绑定到任意一个节点），或者在错误的状态（节点可以提供服务但是带有FAIL 标记），或者该节点无法联系到多数master节点。.
cluster_slots_assigned: 已分配到集群节点的哈希槽数量（不是没有被绑定的数量）。16384个哈希槽全部被分配到集群节点是集群正常运行的必要条件.
cluster_slots_ok: 哈希槽状态不是FAIL 和 PFAIL 的数量.
cluster_slots_pfail: 哈希槽状态是 PFAIL的数量。只要哈希槽状态没有被升级到FAIL状态，这些哈希槽仍然可以被正常处理。PFAIL状态表示我们当前不能和节点进行交互，但这种状态只是临时的错误状态。
cluster_slots_fail: 哈希槽状态是FAIL的数量。如果值不是0，那么集群节点将无法提供查询服务，除非cluster-require-full-coverage被设置为no .
cluster_known_nodes: 集群中节点数量，包括处于握手状态还没有成为集群正式成员的节点.
cluster_size: 至少包含一个哈希槽且能够提供服务的master节点数量.
cluster_current_epoch: 集群本地Current Epoch变量的值。这个值在节点故障转移过程时有用，它总是递增和唯一的。
cluster_my_epoch: 当前正在使用的节点的Config Epoch值. 这个是关联在本节点的版本值.
cluster_stats_messages_sent: 通过node-to-node二进制总线发送的消息数量.
cluster_stats_messages_received: 通过node-to-node二进制总线接收的消息数量

Redis集群原理分析

Redis Cluster 将所有数据划分为 16384 个 slots(槽位)，每个节点负责其中一部分槽位。槽位的信息存储于每个节点中。

当 Redis Cluster 的客户端来连接集群时，它也会得到一份集群的槽位配置信息并将其缓存在客户端本地。这样当客户端要查找某个 key 时，可以直接定位到目标节点。同时因为槽位的信息可能会存在客户端与服务器不一致的情况，还需要纠正机制来实现槽位信息的校验调整。

槽位定位算法

Cluster 默认会对 key 值使用 crc16 算法进行 hash 得到一个整数值，然后用这个整数值对 16384 进行取模来得到具体槽位。

HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384

跳转重定位

当客户端向一个错误的节点发出了指令，该节点会发现指令的 key 所在的槽位并不归自己管理，这时它会向客户端发送一个特殊的跳转指令携带目标操作的节点地址，告诉客户端去连这个节点去获取数据。客户端收到指令后除了跳转到正确的节点上去操作，还会同步更新纠正本地的槽位映射表缓存，后续所有 key 将使用新的槽位映射表。

Redis集群节点间的通信机制

redis cluster节点间采取gossip协议进行通信

维护集群的元数据有两种方式：集中式和gossip

集中式：

优点在于元数据的更新和读取，时效性非常好，一旦元数据出现变更立即就会更新到集中式的存储中，其他节点读取的时候立即就可以立即感知到；不足在于所有的元数据的更新压力全部集中在一个地方，可能导致元数据的存储压力。

gossip：

gossip协议包含多种消息，包括ping，pong，meet，fail等等。

ping：每个节点都会频繁给其他节点发送ping，其中包含自己的状态还有自己维护的集群元数据，互相通过ping交换元数据；

pong: 返回ping和meet，包含自己的状态和其他信息，也可以用于信息广播和更新；

fail: 某个节点判断另一个节点fail之后，就发送fail给其他节点，通知其他节点，指定的节点宕机了。

meet：某个节点发送meet给新加入的节点，让新节点加入集群中，然后新节点就会开始与其他节点进行通信，不需要发送形成网络的所需的所有CLUSTER MEET命令。发送CLUSTER MEET消息以便每个节点能够达到其他每个节点只需通过一条已知的节点链就够了。由于在心跳包中会交换gossip信息，将会创建节点间缺失的链接。

gossip协议的优点在于元数据的更新比较分散，不是集中在一个地方，更新请求会陆陆续续，打到所有节点上去更新，有一定的延时，降低了压力；缺点在于元数据更新有延时可能导致集群的一些操作会有一些滞后。

10000端口

每个节点都有一个专门用于节点间通信的端口，就是自己提供服务的端口号+10000，比如7001，那么用于节点间通信的就是17001端口。每个节点每隔一段时间都会往另外几个节点发送ping消息，同时其他几点接收到ping消息之后返回pong消息。

网络抖动

真实世界的机房网络往往并不是风平浪静的，它们经常会发生各种各样的小问题。比如网络抖动就是非常常见的一种现象，突然之间部分连接变得不可访问，然后很快又恢复正常。

为解决这种问题，Redis Cluster 提供了一种选项cluster-node-timeout，表示当某个节点持续 timeout 的时间失联时，才可以认定该节点出现故障，需要进行主从切换。如果没有这个选项，网络抖动会导致主从频繁切换 (数据的重新复制)。

Redis集群选举原理分析

当slave发现自己的master变为FAIL状态时，便尝试进行Failover，以期成为新的master。由于挂掉的master可能会有多个slave，从而存在多个slave竞争成为master节点的过程，其过程如下：

slave发现自己的master变为FAIL
将自己记录的集群currentEpoch加1，并广播FAILOVER_AUTH_REQUEST 信息
其他节点收到该信息，只有master响应，判断请求者的合法性，并发送FAILOVER_AUTH_ACK，对每一个epoch只发送一次ack
尝试failover的slave收集master返回的FAILOVER_AUTH_ACK
slave收到超过半数master的ack后变成新Master(这里解释了集群为什么至少需要三个主节点，如果只有两个，当其中一个挂了，只剩一个主节点是不能选举成功的)
slave广播Pong消息通知其他集群节点。

从节点并不是在主节点一进入 FAIL 状态就马上尝试发起选举，而是有一定延迟，一定的延迟确保我们等待FAIL状态在集群中传播，slave如果立即尝试选举，其它masters或许尚未意识到FAIL状态，可能会拒绝投票

延迟计算公式：

 DELAY = 500ms + random(0 ~ 500ms) + SLAVE_RANK * 1000ms

SLAVE_RANK表示此slave已经从master复制数据的总量的rank。Rank越小代表已复制的数据越新。这种方式下，持有最新数据的slave将会首先发起选举（理论上）。

集群是否完整才能对外提供服务

当redis.conf的配置cluster-require-full-coverage为no时，表示当负责一个插槽的主库下线且没有相应的从库进行故障恢复时，集群仍然可用，如果为yes则集群不可用。

Redis集群为什么至少需要三个master节点，并且推荐节点数为奇数？

因为新master的选举需要大于半数的集群master节点同意才能选举成功，如果只有两个master节点，当其中一个挂了，是达不到选举新master的条件的。

奇数个master节点可以在满足选举该条件的基础上节省一个节点，比如三个master节点和四个master节点的集群相比，大家如果都挂了一个master节点都能选举新master节点，如果都挂了两个master节点都没法选举新master节点了，所以奇数的master节点更多的是从节省机器资源角度出发说的。

Redis集群对批量操作命令的支持

对于类似mset，mget这样的多个key的原生批量操作命令，redis集群只支持所有key落在同一slot的情况，如果有多个key一定要用mset命令在redis集群上操作，则可以在key的前面加上{XX}，这样参数数据分片hash计算的只会是大括号里的值，这样能确保不同的key能落到统一slot里去，示例如下：

mset {user1}:name zhuge {user1}:age 18

假设name和age计算的hash slot值不一样，但是这条命令在集群下执行，redis只会用大括号里的 user1 做hash slot计算，所以算出来的slot值肯定相同，最后都能落在同一slot。

哨兵leader选举流程

当一个master服务器被某sentinel视为客观下线状态后，该sentinel会与其他sentinel协商选出sentinel的leader进行故障转移工作。每个发现master服务器进入客观下线的sentinel都可以要求其他sentinel选自己为sentinel的leader，选举是先到先得。同时每个sentinel每次选举都会自增配置纪元(选举周期)，每个纪元中只会选择一个sentinel的leader。如果所有超过一半的sentinel选举某sentinel作为leader。之后该sentinel进行故障转移操作，从存活的slave中选举出新的master，这个选举过程跟集群的master选举很类似。

哨兵集群只有一个哨兵节点，redis的主从也能正常运行以及选举master，如果master挂了，那唯一的那个哨兵节点就是哨兵leader了，可以正常选举新master。

不过为了高可用一般都推荐至少部署三个哨兵节点。为什么推荐奇数个哨兵节点原理跟集群奇数个master节点类似。

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