簡介
Redis Cluster 是 在 3.0 版本正式推出的高可用集群方案，相比Redis Sentinel，Redis Cluster方案不需要額外部署Sentinel集群，而是通過集群內(nèi)部通信實現(xiàn)集群監(jiān)控净捅，故障時主從切換；同時，支持內(nèi)部基于哈希實現(xiàn)數(shù)據(jù)分片廉羔，支持動態(tài)水平擴容；某節(jié)點宕機只會影響該節(jié)點的槽位僻造，不會影響到其他主節(jié)點
拓撲
Redis 集群是一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)憋他，無中心結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點都通過 TCP 連接跟其他每個節(jié)點連接髓削。
在一個有 N 個節(jié)點的集群中竹挡，每個節(jié)點都有 N-1 個流出的 TCP 連接，和 N-1 個流入的連接立膛。 這些 TCP 連接會永久保持揪罕，并不是按需創(chuàng)建的。
節(jié)點們使用一個 gossip 協(xié)議來傳播集群的信息：發(fā)現(xiàn)新的節(jié)點宝泵、 發(fā)送ping包（用來確保所有節(jié)點都在正常工作中）好啰、在特定情況發(fā)生時發(fā)送集群消息。集群連接也用于在集群中發(fā)布或訂閱消息儿奶。
集群中有多個主節(jié)點框往，每個主節(jié)點有多個從節(jié)點，主從節(jié)點間數(shù)據(jù)一致闯捎，最少需要3個主節(jié)點椰弊，每個主節(jié)點最少需要1個從節(jié)點
- 高可用：當master節(jié)點故障時许溅，自動主從切換
- 高性能：主節(jié)點提供讀寫服務(wù)，從節(jié)點只讀服務(wù)秉版，提高系統(tǒng)吞吐量
- 可擴展性：集群的數(shù)據(jù)分片存儲贤重，主節(jié)點間數(shù)據(jù)各不同，各自維護對應(yīng)數(shù)據(jù)沐飘，可以為集群添加節(jié)點進行擴容游桩，也可以下線部分節(jié)點進行水平縮容
gossip 協(xié)議
原理：所有節(jié)點都持有一份元數(shù)據(jù)，不同的節(jié)點如果出現(xiàn)了元數(shù)據(jù)的變更耐朴，就不斷將元數(shù)據(jù)發(fā)送給其它的節(jié)點借卧，讓其它節(jié)點也進行元數(shù)據(jù)的變更。
gossip 協(xié)議包含多種消息筛峭，包含 ping,pong,meet,fail 等等
- meet：某個節(jié)點發(fā)送 meet 給新加入的節(jié)點铐刘，讓新節(jié)點加入集群中，然后新節(jié)點就會開始與其它節(jié)點進行通信影晓。
- ping：每個節(jié)點都會頻繁給其它節(jié)點發(fā)送 ping镰吵，其中包含自己的狀態(tài)還有自己維護的集群元數(shù)據(jù)，互相通過 ping 交換元數(shù)據(jù)挂签。
- pong：返回 ping 和 meeet疤祭，包含自己的狀態(tài)和其它信息，也用于信息廣播和更新饵婆。
- fail：某個節(jié)點判斷另一個節(jié)點 fail 之后勺馆，就發(fā)送 fail 給其它節(jié)點，通知其它節(jié)點說侨核，某個節(jié)點宕機
數(shù)據(jù)分區(qū)
槽是 Redis 集群管理數(shù)據(jù)的基本單位
redis cluster 有固定的 16384 個 hash slot草穆，對每個 key 計算 CRC16 值，然后對 16384 取模搓译，可以獲取 key 對應(yīng)的 hash slot悲柱，利用鏈表解決哈希沖突
公式：HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384
redis cluster 中每個 master 都會持有部分 slot，比如有 3 個 master些己，那么可能每個 master 持有 5000 多個 hash slot豌鸡。hash slot 讓 node 的增加和移除很簡單，增加一個 master段标，就將其他 master 的 hash slot 移動部分過去涯冠，減少一個 master，就將它的 hash slot 移動到其他 master 上去怀樟。移動 hash slot 的成本是非常低的功偿。
每個集群節(jié)點維護著一個16384 bit (2KB)的位數(shù)組盆佣，每個bit對應(yīng)相同編號的槽往堡，用 0 / 1標識對于某個槽自己是否擁有
集群節(jié)點同時還維護著槽到集群節(jié)點的映射械荷，是由長度為16384，數(shù)組下標代表槽編號虑灰，值為節(jié)點信息的數(shù)組
作者之所以設(shè)計16384個槽位吨瞎，主要原因就是集群節(jié)點間每次ping都需要發(fā)送自己2KB的槽位數(shù)組，設(shè)置的槽位太大會增加傳輸消耗
hash tag
默認情況下穆咐，key在哪個slot上由key進行哈希后的結(jié)果決定颤诀，但有的時候我們希望把同一批相關(guān)的key存放到同一個slot上，提升性能與保證原子性对湃，這時就可以利用hash tag崖叫。
假設(shè)一個key是9999:order，表示用戶ID為9999的訂單信息拍柒，只需要用{}將key中我們需要進行哈希計算那部分包起來心傀，即{9999}:order；另外其他的{9999}:user同樣可以這樣操作
這樣就將同一個用戶的所有相關(guān)信息都放到了同一個哈希槽中
高可用
- 判斷節(jié)點宕機：如果一個節(jié)點認為某個節(jié)點 pfail 了拆讯，那么會在 gossip ping 消息中脂男，ping 給其他節(jié)點，如果超過半數(shù)的節(jié)點都認為 pfail 了种呐，那么就會變成 fail
- 從節(jié)點選舉：每個從節(jié)點宰翅，都根據(jù)自己對 master 復(fù)制數(shù)據(jù)的 offset，來設(shè)置一個選舉時間爽室，offset 越大（復(fù)制數(shù)據(jù)越多）的從節(jié)點汁讼，選舉時間越靠前，優(yōu)先進行選舉肮之。所有的 master node 開始 slave 選舉投票掉缺，給要進行選舉的 slave 進行投票，如果大部分 master node（N/2 + 1）都投票給了某個從節(jié)點戈擒，那么選舉通過眶明，那個從節(jié)點可以切換成 master。
從節(jié)點執(zhí)行主備切換筐高，從節(jié)點切換為主節(jié)點搜囱。
集群客戶端
基于重定向的客戶端，很消耗網(wǎng)絡(luò)IO柑土，因為大部分情況下蜀肘，可能都會出現(xiàn)一次請求重定向，才能找到正確的節(jié)點稽屏。
JedisCluster初始化時會隨機選擇一個節(jié)點獲取集群元數(shù)據(jù)扮宠，初始化hash slot對應(yīng)jedisPool的Map映射表，后續(xù)的操作如下狐榔，無需通過集群的重定向來執(zhí)行命令：
- 把key作為參數(shù)坛增，執(zhí)行CRC16算法获雕，獲取key對應(yīng)的slot值
- 通過該slot值，去slots的map集合中獲取jedisPool實例
- 通過jedisPool實例獲取jedis實例收捣，最終完成redis數(shù)據(jù)存取工作
