redis cluster
- 支撑N哥redis master node，每个master node都可以挂载多个slave node。
- 读写分离的架构，对于每个master来说，写就写在master，然后读就丛master对应的slave去读。
- 高可用，因为每个master都有slave节点，那么如果master挂掉，redis cluster这套机制，就会自动将某个slave切换成master。
redis cluster 与replication + sentinal
如果数据量少，主要承载高并发高性能的场景，比如缓存一般几个G，单机足够。
redis cluster,主要针对海量数据+高并发+高可用的场景。
分布式数据存储的核心算法
hash算法 -> 一致性hash算法 -> redis cluster的hash slot算法。
hash slot算法：
redis cluster有固定的16384个hash slot，对每个key计算CRC16值，然后对16384取模，可以获取key对应的hash slot。
redis cluster中每个master都会持有部分slot
hash slot让node的增加和移除很简单，增加一个master，就将其他master的hash slot移动部分过去，减少一个master，就将它的hash slot移动到其他master上
redis cluster hash slot算法.png
一致性hash算法的讲解和优点.png
一致性hash算法的虚拟节点实现负载均衡.png
最老土的hash算法以及弊端.png
redis cluster 节点间采用gossip协议进行通信
跟集中式的不同，不是将集群元数据（节点信息，故障，等等）集中存储在某个节点上，而是相互不断的通信，保持整个集群所有节点的数据是完整的。
集中式：
- 优点：元数据的更新和读取，时效性非常好，一旦元数据出现了更新，立即就更新到集中式的存储中，其他节点读取的时候立即就可以感知到。
- 缺点：所有元数据更新压力放在一个地方，可能会导致元数据的存储有压力。
gossip：
- 优点：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，打到所有的节点上去更新，有一定的延迟，降低了压力。
- 缺点：元数据更新有一定延时，可能导致集群的一些操作会有滞后。
gossip协议
gossip协议包括多种消息，包括ping,pong,meet,fail等等。
meet：
某个节点发送meet给新加入的节点，让新节点加入集群种，然后新节点就会开始与其他节点进行通信。
其实内部就是发送了一个gossip meet消息，给新加入的节点，通知那个节点去加入到我们的集群
ping:
每个节点都会频繁给其他节点发送ping，其中包括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，就会发送fail给其他节点，通知其他节点，指定节点宕机了。
ping消息深入：
ping很频繁，而且要携带一些元数据，所以可能会加重网络负担，每个节点每秒会执行10次ping，每次会选择5个最久没有通信的其他节点。
当然如果发现某个节点通信延迟达到cluster_node_timeout /2，那么立即发送ping，避免数据交换延时过长，落后时间太长。
比如，两个节点之间都10分钟没有交换数据了，那么整个集群处于严重的元数据不一致情况，就会有问题。
所以cluster_node_timeout可以调节，比如调节比较大，那么会降低发送的频率。
每次ping，一个是带上自己节点的信息，还有就是带上1/10其他节点的信息，发送出去，进行数据交换，至少包含3个其他节点信息，最多包含总节点-2个其他节点信息。
面向集群的jedis内部实现原理
开发，jedis redis的java client客户端，redis cluster，jedis cluster api，jedis cluster api与redis cluster集群交互的一些基本原理。
基于重定向的客户端 redis-cli -c，自动重定向
- 请求重定向
客户端可能会挑选任意一个redis实例去发送命令，每个redis实例接收到命令，会计算key对应的hash slot，如果在本地就在本地处理，否则返回moved给客户端，让客户端进行重定向。
cluster keyslot mykey，可以查看一个key对应的hash slot是什么，用redis-cli时候，可以加入-c参数，支持自动请求重定向，redis-cli接收到moved之后，会自动重定向到对应的节点执行命令。 - 计算hash slot
计算hash slot算法，就是根据key计算CRC16的值，然后对16384取模，拿到对应的hash slot，用hash tag可以手动指定key对应的slot，同一个hash tag下的key，都会在一个hash slot中。 - hash slot查找
节点间通过gossip协议进行数据交换，就知道每个hash slot在哪个节点上。
smart jedis
- 什么是smart jedis
基于重定向的客户端，很消耗网络io，因为大部分情况，可能都会出现一次重定向请求，才能找到正确的节点。所以大部分的客户端，比如java redis客户端，就是jedis ，都是smart的，本地维护一份hashslot ->node的映射表，缓存，大部分情况下，直接走本地缓存就可以找到hashslot->node，不需要通过节点进行moved重定向。 - jedisCluster的工作原理
在jedsicluster初始化的时候，就会随机选择一个node，初始化hashslot->node映射表，同时为每个节点创建一个jedispool连接池，每次基于jedisCluster执行操作的时候，首先JedisCluster都会在本地计算Key的hashSlot，然后再本地映射表找到对应节点。
如果那个node正好还是持有那个hashslot，那么就ok; 如果说进行了reshard这样的操作，可能hashslot已经不在那个node上了，就会返回moved。
如果JedisCluter API发现对应的节点返回moved，那么利用该节点的元数据，更新本地的hashslot -> node映射表缓存
重复上面几个步骤，直到找到对应的节点，如果重试超过5次，那么就报错，JedisClusterMaxRedirectionException。 - hashslot迁移和重定向
如果hash slot正在迁移，那么会返回ask重定向给jedis
jedis接收到ask重定向之后，会重新定位到目标节点去执行，但是因为ask发生在hash slot迁移过程中，所以jediscluster API收到ask就不会更新hashslot本地缓存。
已经确保hashslot已经迁移完了，moved是会更新本地hashslot->node映射表缓存的。
高可用性与主备切换
redis cluster的高可用的原理，几乎跟哨兵是类似的
- 判断节点宕机
如果一个节点认为另外一个节点宕机，那么就是pfail，主观宕机
如果多个节点都认为另外一个节点宕机了，那么就是fail，客观宕机，跟哨兵的原理几乎一样，sdown，odown
在cluster-node-timeout内，某个节点一直没有返回pong，那么就被认为pfail
如果一个节点认为某个节点pfail了，那么会在gossip ping消息中，ping给其他节点，如果超过半数的节点都认为pfail了，那么就会变成fail - 从节点过滤
对宕机的master node，从其所有的slave node中，选择一个切换成master node
检查每个slave node与master node断开连接的时间，如果超过了cluster-node-timeout * cluster-slave-validity-factor，那么就没有资格切换成master
这个也是跟哨兵是一样的，从节点超时过滤的步骤 - 从节点选举
哨兵：对所有从节点进行排序，slave priority，offset，run id
每个从节点，都根据自己对master复制数据的offset，来设置一个选举时间，offset越大（复制数据越多）的从节点，选举时间越靠前，优先进行选举
所有的master node开始slave选举投票，给要进行选举的slave进行投票，如果大部分master node（N/2 + 1）都投票给了某个从节点，那么选举通过，那个从节点可以切换成master
从节点执行主备切换，从节点切换为主节点 - 与哨兵比较
整个流程跟哨兵相比，非常类似，所以说，redis cluster功能强大，直接集成了replication和sentinal的功能
gossip协议维护集群元数据.png
集中式的集群元数据存储和维护.png
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