Redis 集群那些事儿，想搞明白它到底是咋回事就得先知道这些东西

Redis集群那些事儿，想搞明白它到底是咋回事就得先知道这些东西

要想弄懂Redis集群，你不能一上来就扎进那些复杂的配置命令里，那样很容易晕，你得先把它想象成一个团队，这个团队是为了解决单个Redis成员（我们叫它单节点或者单实例）能力有限的问题而组建的，单个Redis成员虽然干活利索，但有两个致命的短板：一是它的内存是有限的，数据多了就存不下了；二是它只有一个，万一它病倒了（服务器宕机）,整个服务就瘫痪了。

Redis集群的核心目标就是两个：数据分片（把海量数据分散存放，解决内存不够的问题）和高可用（保证服务7x24小时不间断，即使有成员倒下也能立刻顶上）。

第一件大事：数据怎么分家？——说说分片

你有一个超大的字典，一个人根本背不动，怎么办？很自然的想法是，找几个人来，把字典撕成几份，每人负责背一部分，Redis集群干的就是这个“撕字典”和“分配任务”的活儿。

那具体怎么“撕”呢？Redis集群采用了一种叫做“哈希槽”（Hash Slot）的机制（根据《Redis设计与实现》中的描述），你可以把哈希槽想象成16384个（0到16383号）固定的小抽屉，这些抽屉会均匀地分配给集群里的每一个主节点（Master Node），当你存一个数据时，比如想存 user:1001 这个键，集群会用一个公式计算一下：CRC16('user:1001') % 16384，算出来一个介于0到16383之间的数字，假设是5000，那么好了，这个 user:1001 键值对就会被放进编号5000的那个小抽屉里，而这个小抽屉被分配给了哪个主节点,数据就实际存储在那个主节点上。

这样做的好处非常明显：数据被均匀打散了，每个节点只承担一部分数据，合起来就能存下海量数据，扩容缩容很方便，如果想增加一个节点，只需要从现有每个节点上挪一部分抽屉（哈希槽）给新节点就行；想减少一个节点，就把它的抽屉全部分给其他节点，这个挪动抽屉的过程是由集群管理系统自动完成的，虽然会影响正在挪动的那部分数据,但不会导致整个集群不可用。

第二件大事：如何保证有人病倒也不停工？——谈谈高可用

团队不能因为一个人请假就散伙吧？Redis集群的高可用机制借鉴了“主从复制”和“故障自动转移”的思想（这种模式在分布式系统中很常见，如Redis官方文档所述）。

在集群里，每个主节点都不是孤军奋战的，它都配有一个或多个“跟班”，我们称之为从节点（Slave Node），从节点就像是主节点的备份，它通过复制技术，实时地、几乎一模一样地同步主节点上的所有数据。

平时，写操作只找主节点，读操作可以找主节点也可以找从节点（分担读压力），这时，从节点的主要任务就是“ standby”（待命），一旦主节点因为某种原因（比如机器宕机）失联了，它的从节点们就会立刻察觉到（集群节点之间通过一种叫“Gossip”的协议互相通信，就像团队成员之间时不时交头接耳一下，确认彼此都还健在），这时，其中一个从节点会挺身而出，经过内部投票选举，升级成为新的主节点，接管之前那个主节点负责的所有“小抽屉”（哈希槽）。

这个过程是自动的，所以对于使用Redis集群的应用程序来说，它可能只是瞬间感觉到了一次连接闪断，重连之后就能继续正常工作，几乎感知不到后台已经发生了“政权更替”,这就实现了高可用。

一些你必须要了解的“团队规矩”

了解了分片和高可用这两个核心，你还得知道这个团队的一些特殊工作方式,不然用起来会踩坑。

1. 有些命令不能乱用：因为数据是分片存储的，所以那些需要同时操作多个键的命令，如果这些键恰好不在同一个节点上，就无法执行，比如你不能直接对跨节点的多个键进行集合的交集（SINTER key1 key2）操作，除非这些key都有相同的哈希标签（后面会提）,这是和单机Redis最大的不同之一。
2. 客户端得聪明点：连接单机Redis，你告诉客户端一个地址就行，但连接集群，客户端需要更“聪明”，它需要先获取一份“抽屉分配地图”（槽位映射表），知道哪个键应该去找哪个节点，当客户端收到一个命令，比如要操作 user:1001，它会自己先算出这个键在5000号抽屉，然后根据地图直接连接5000号抽屉所在的那个主节点进行操作，这就叫“智能客户端”，如果客户端拿到的地图过时了（比如刚刚发生了故障转移），节点会告诉它“你找错了，这个键现在归那个谁管”，客户端会根据这个提示更新地图并重试，也有更简单的“代理模式”帮你处理这些事。
3. 哈希标签——让一家人整整齐齐：我们就是希望某些相关的键能存放在同一个节点上，user:1001:profile 和 user:1001:orders，这时就可以用哈希标签，你把这部分用括起来，比如键名写成 user:{1001}:profile 和 user:{1001}:orders，集群在计算槽位时，只会计算内部内容的哈希值，这样这两个键就会被分配到同一个节点上,那些跨键的操作也就能执行了。

Redis集群就是一个通过哈希槽分片来解决数据容量问题，通过主从复制+故障自动转移来解决高可用问题的分布式系统，理解了这个“团队”的分工协作机制和它的特殊规矩,你就算真正搞明白Redis集群是咋回事了。