Redis Cluster的基本原理及實現細節(jié)

　　Redis Cluster的基本原理和架構

　　Redis Cluster是分布式Redis的實現。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步，越來越多的企業(yè)將Redis Cluster實際應用到線上業(yè)務中，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)級開源產品，在簡化業(yè)務架構和業(yè)務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據分片、數據遷移、集群通訊、故障檢測以及故障轉移等方面進行了解，Cluster相關的代碼也不是很多，注釋也很詳細，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，主要從數據分片和數據遷移兩方面進行詳細介紹：

　　數據分片

　　Redis Cluster在設計中沒有使用一致性哈希（Consistency Hashing），而是使用數據分片（Sharding）引入哈希槽（hash slot）來實現；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來計算key屬于哪個槽，其中CRC16（key）語句用于計算key的CRC16 校驗和。

　　集群中的每個主節(jié)點（Master）都負責處理16384個哈希槽中的一部分，當集群處于穩(wěn)定狀態(tài)時，每個哈希槽都只由一個主節(jié)點進行處理，每個主節(jié)點可以有一個到N個從節(jié)點（Slave），當主節(jié)點出現宕機或網絡斷線等不可用時，從節(jié)點能自動提升為主節(jié)點進行處理。

　　如圖1，ClusterNode數據結構中的slots和numslots屬性記錄了節(jié)點負責處理哪些槽。其中，slot屬性是一個二進制位數組（bitarray），其長度為16384/8=2048 Byte，共包含16384個二進制位。集群中的Master節(jié)點用bit（0和1）來標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，時間復雜度為O（1）。

　　圖1 ClusterNode數據結構