Redis Cluster的基本原理和架構(gòu)

　　Redis Cluster是分布式Redis的實(shí)現(xiàn)。隨著Redis版本的更替，以及各種已知bug的fixed，在穩(wěn)定性和高可用性上有了很大的提升和進(jìn)步，越來越多的企業(yè)將Redis Cluster實(shí)際應(yīng)用到線上業(yè)務(wù)中，通過從社區(qū)獲取到反饋社區(qū)的迭代，為Redis Cluster成為一個可靠的企業(yè)級開源產(chǎn)品，在簡化業(yè)務(wù)架構(gòu)和業(yè)務(wù)邏輯方面都起著積極重要的作用。下面從Redis Cluster的基本原理為起點(diǎn)開啟Redis Cluster在業(yè)界的分析與思考之旅。

　　基本原理

　　Redis Cluster的基本原理可以從數(shù)據(jù)分片、數(shù)據(jù)遷移、集群通訊、故障檢測以及故障轉(zhuǎn)移等方面進(jìn)行了解，Cluster相關(guān)的代碼也不是很多，注釋也很詳細(xì)，可自行查看，地址是：https://github.com/antirez/redis/blob/unstable/src/cluster.c。這里由于篇幅的原因，主要從數(shù)據(jù)分片和數(shù)據(jù)遷移兩方面進(jìn)行詳細(xì)介紹：

　　數(shù)據(jù)分片

　　Redis Cluster在設(shè)計(jì)中沒有使用一致性哈希（Consistency Hashing），而是使用數(shù)據(jù)分片（Sharding）引入哈希槽（hash slot）來實(shí)現(xiàn)；一個 Redis Cluster包含16384（0~16383）個哈希槽，存儲在Redis Cluster中的所有鍵都會被映射到這些slot中，集群中的每個鍵都屬于這16384個哈希槽中的一個，集群使用公式slot=CRC16（key）/16384來計(jì)算key屬于哪個槽，其中CRC16（key）語句用于計(jì)算key的CRC16 校驗(yàn)和。

　　集群中的每個主節(jié)點(diǎn)（Master）都負(fù)責(zé)處理16384個哈希槽中的一部分，當(dāng)集群處于穩(wěn)定狀態(tài)時，每個哈希槽都只由一個主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，每個主節(jié)點(diǎn)可以有一個到N個從節(jié)點(diǎn)（Slave），當(dāng)主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)宕機(jī)或網(wǎng)絡(luò)斷線等不可用時，從節(jié)點(diǎn)能自動提升為主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。

　　如圖1，ClusterNode數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的slots和numslots屬性記錄了節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理哪些槽。其中，slot屬性是一個二進(jìn)制位數(shù)組（bitarray），其長度為16384/8=2048 Byte，共包含16384個二進(jìn)制位。集群中的Master節(jié)點(diǎn)用bit（0和1）來標(biāo)識對于某個槽是否擁有。比如，對于編號為1的槽，Master只要判斷序列第二位（索引從0開始）的值是不是1即可，時間復(fù)雜度為O（1）。

　　圖1 ClusterNode數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)