【Redis集群专题】「集群技术三部曲」介绍一下常用的Redis集群机制方案的原理和指南（入门篇）

集群化的方案

Redis的Sentinel解决了主从复制故障不能自动迁移的问题，但是主节点的写性能和存储能力依然是受到了Redis单机容量有限的限制，所以使用Redis集群去解决这个问题，将Redis的数据根据一定的规则分配到多台机器。

Redis集群方案

Redis Cluster 集群模式通常具有：高可用、可扩展性、分布式、容错等特性。Redis分布式方案一般有两种：

客户端分区方案

客户端就已经决定数据会被存储到哪个 redis 节点或者从哪个 redis 节点读取数据。其主要思想是采用哈希算法将 Redis 数据的 key 进行散列，通过 hash 函数，特定的 key会映射到特定的 Redis 节点上。

客户端分区方案的代表为 Redis Sharding，Redis Sharding 是 Redis Cluster 出来之前，业界普遍使用的 Redis 多实例集群方法。Java 的 Redis 客户端驱动库 Jedis，支持 Redis Sharding 功能，即 ShardedJedis 以及结合缓存池的 ShardedJedisPool。

优点

不使用第三方中间件，分区逻辑可控，配置简单，节点之间无关联，容易线性扩展，灵活性强。

缺点

客户端无法动态增删服务节点，客户端需要自行维护分发逻辑，客户端之间无连接共享，会造成连接浪费。

代理分区方案

客户端发送请求到一个代理组件，代理解析客户端的数据，并将请求转发至正确的节点，最后将结果回复给客户端。

优点：简化客户端的分布式逻辑，客户端透明接入，切换成本低，代理的转发和存储分离。
缺点：多了一层代理层，加重了架构部署复杂度和性能损耗。

代理分区主流实现的有方案有 Twemproxy 和 Codis。

Twemproxy

Twemproxy 也叫 nutcraker，是twitter 开源的一个 redis 和 memcache 的中间代理服务器程序。Twemproxy 作为代理，可接受来自多个程序的访问，按照路由规则，转发给后台的各个 Redis 服务器，再原路返回。Twemproxy 存在单点故障问题，需要结合 Lvs 和 Keepalived 做高可用方案。

优点：应用范围广，稳定性较高，中间代理层高可用。
缺点：无法平滑地水平扩容/缩容，无可视化管理界面，运维不友好，出现故障，不能自动转移。

Codis

Codis 是一个分布式 Redis 解决方案，对于上层应用来说，连接 Codis-Proxy 和直接连接原生的 Redis-Server 没有的区别。Codis 底层会处理请求的转发，不停机的进行数据迁移等工作。Codis 采用了无状态的代理层，对于客户端来说，一切都是透明的。

优点

实现了上层 Proxy 和底层 Redis 的高可用，数据分片和自动平衡，提供命令行接口和 RESTful API，提供监控和管理界面，可以动态添加和删除 Redis 节点。

缺点

部署架构和配置复杂，不支持跨机房和多租户，不支持鉴权管理。

Cluster集群方案

Cluster模式是Redis3.0开始推出，由多个节点群组成的分布式服务集群，Redis的数据分布在这些节点中。集群不需要Sentinel哨兵也可以完成故障自动迁移。使用集群时需要将redis配置文件中的cluster-enable配置打开。

采⽤⽆中⼼结构，每个节点保存数据和整个集群状态, 各个节点会互相通信，采⽤gossip协议交换节点元数据信息，每个节点都和其他所有节点连接。一个集群⾄少需要6个节点才可以保证⾼可⽤，即3主3从。

客户端随机地请求任意一个 Redis 实例，然后由 Redis 将请求转发给正确的 Redis 节点。Redis Cluster 实现了一种混合形式的查询路由，但并不是直接将请求从一个 Redis 节点转发到另一个 Redis 节点，而是在客户端的帮助下直接重定向（ redirected）到正确的 Redis 节点。

核心原理

redis cluster集群采⽤数据分⽚中的哈希槽来进⾏数据存储与读取的，Cluster会预分好16384个槽，每个节点负责其中的一部分槽位。当需要在 Redis集群中放置⼀个数据时，Cluster默认会根据 CRC16算法CRC16(key) mod 16384 的值，决定将⼀个key放到哪个槽位中。

常见的配置

cluster-enabled yes：开启集群模式(cluster)
cluster-config-file：该参数指定了集群配置文件的位置，记录集群节点信息。以集群模式启动时，会首先寻找是否有集群配置文件，如果有则使用文件中的配置启动，如果没有，则初始化配置并将配置保存到文件中
cluster-node-timeout time：节点连接超时时间
cluster-announce-ip ip：集群节点的ip，当前节点的ip
cluster-announce-port port：集群节点映射端⼝

优点

无中心节点，数据按照槽存储分布在多个 Redis 实例上，可以平滑的进行节点扩容/缩容，支持高可用和自动故障转移，运维成本低。

缺点

严重依赖 Redis-trib 工具，缺乏监控管理，需要依赖 Smart Client (维护连接，缓存路由表，MultiOp 和 Pipeline 支持)。

Failover 节点的检测过慢，不如中心节点 ZooKeeper 及时。
Gossip 消息具有一定开销。
无法根据统计区分冷热数据。