Redis 集群模式简述

一个集群模式的官方推荐最小最佳实践方案是 6 个节点，3 个 Master 3 个 Slave 的模式，如 图00 所示。

key 分槽与转发机制

Redis 将键空间分为了 16384 个槽，通过以下算法确定每一个 key 的槽：

CRC16(key) mod 16384

由于 16384 = 2 的 14 次方，对一个 2 的 n 次方取余相当于对于它的 2 的 n 次方减一取与运算。所以优化为：

CRC16(key) & 16383

当 key 包含 hash tags 的时候（例如 key{sub}1），会以 sub tags 中指定的字符串（就是 sub ）计算槽，所以key{sub}1和key{sub}2会到同一个槽中。

客户端可以发送读取任一个槽的命令到任一个集群实例，当槽属于请求的实例的时候，就会处理，否则会告诉客户端这个槽在哪里，例如如果将下面命令发到第二个 Master：

GET key1
返回： MOVED slot ip:port（第一个Master的） 

默认情况下，所有的读写命令只能发送到 Master。如果需要使用 Slave 处理读请求，需要先在客户端执行 readonly 命令。

主从自动切换机制

当一个 Master 发生故障，如果有 Slave，则会切换为 Master。

如何判断 Master 发生故障了呢？Redis 集群配置中有一个配置，cluster-node-timeout集群心跳超时时间。当集群内节点建立连接后，定时任务 clusterCron 函数（参考源码：https://github.com/redis/redis/blob/6.0/src/cluster.c）会每隔一秒随机选择一个节点发送心跳。如果在超时时间（cluster-node-timeout）的时间内未收到心跳响应，则将这个节点标记为 pfail。

如果集群中有一半以上的 Master 标记一个节点的状态是 pfail，那么这个节点的状态就会变成 fail。

当节点变成 fail 就会触发自动主从切换。主从切换的过程，也涉及到类似的选举：

1. 当某个 Master 被标记为 fail 之后，对应的 Slave 节点执行定时任务 clusterCron 函数时，选取复制偏移量，也就是主从同步进度最大、数据最新的 Slave 尝试变为主。
2. 这个 Slave 设置自己的 currentEpoch += 1（正常情况下集群中所有的 currentEpoch 相同，每次选举都会加 1，并且每个 currentEpoch 只能投一次，防止多个 Slave 同时发起选举后难以获取大多数票），之后向所有的 Master 发送 failover 请求，如果得到大多数 Master 的同意则开始执行主从切换。

集群不可用情况

根据上面的描述，我们可以总结出如下不可用的情况

1. 当访问一个 Master 和 Slave 节点都挂了的槽的时候，会报槽无法获取。
2. 当集群 Master 节点个数小于 3 个的时候，或者集群可用节点个数为偶数的时候，基于 fail 的这种选举机制的自动主从切换过程可能会不能正常工作，一个是标记 fail 的过程，一个是选举新的 master 的过程，都有可能异常。

参考

1. 官方文档：https://redis.io/topics/cluster-spec
2. 源代码：[https://github.com/redis/redis