Redis机制详解：主从模式、哨兵模式与分片集群
Redis机制详解：主从模式、哨兵模式与分片集群
Redis作为一款高性能的键值存储系统，其集群架构的设计对于提升系统的可用性和扩展性至关重要。本文将详细介绍Redis的三种集群模式：主从模式、哨兵模式和分片集群，帮助读者全面理解它们的工作原理和应用场景。
一、主从复制
想要提升Redis的并发能力，就要搭建主从集群，实现读写分离，毕竟单节点的Redis的并发能力是有上限的。如图，主节点可以进行写操作，从节点只能进行读操作。
但是这又引出了另外一个问题，那就是如何保证主节点和从节点之间的数据一致呢？主从数据是如何进行同步的呢？
主从同步
全量同步
从节点第一次请求主节点进行数据同步时，会执行replicaof命令。
发送自己的id和偏移量给主节点。
主机此时会判断是否是第一次进行同步。
如果是第一次，那么就会返回主节点之中的版本数据。
从节点则会保存版本信息。
主节点会执行bgsave命令，然后生成一个RDB文件,RDB（Redis Database Backup file）数据备份文件，也是Redis数据快照。简单来说就是把内存中所有数据记录到磁盘中。当Redis实例故障重启后，从磁盘读取快照，恢复数据。
然后会将这个RDB文件发送给从节点。
从节点则会清空本地数据，执行该RDB文件。
在生成RDB文件的同时，主节点还会记录RDB期间所有发送过来的命令，保存到一个repl_baklog文件当中。然后发送给从节点。
从节点执行log文件，此时就达到了真正的主从数据同步。
增量同步
假如从节点重启以后恢复，此时主节点和从节点之间数据已经有了差异，从节点会发送同步请求，那么此时，主节点还是会判断是否是第一次连接，如果不是，那么就发送log文件，此时从节点就可以进行增量同步。
值得注意的是，主节点的数据是存储在一个环形数组中的，如果这个数据的偏移量已经超过了数组的长度，那么增量同步也是会丢失数据的，此时就只能再进行全量同步了。
二、哨兵机制
Redis提供了哨兵机制来实现主从集群的自动故障恢复。哨兵提供了三个功能：
- 监控：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否按照预期工作
- 自动故障恢复：如果主节点故障，那么哨兵会选择一个从节点来担当主节点
- 通知：哨兵充当Redis客户端的服务发现来源，当集群发生故障转移时，会将最新的信息推送给Redis的客户端。
服务状态检测
- 主观下线：当某哨兵节点发现某个redis实例未在规定时间内响应的话，则认为该节点下线。
- 客观下线：当哨兵群有一半以上认为某个redis实例主观下线，则其也会客观下线，因此哨兵数量一般都为奇数。
哨兵选主规则
- 首先判断主从节点断开时间长短，如超过指定值就排除该从节点。
- 然后判断从节点的slave-priority值，越小优先级越高。
- 如果优先级一样，那么判断offset值，越大优先级越高。
- 最后判断slave节点的运行id大小，越小优先级越高。
脑裂（不同的网络分区）
如果当前主节点突然出现暂时性 “失联”，而并不是真的发生了故障，此时监听的哨兵会自动启动主从切换机制。当这个原始的主库从假故障中恢复后，又开始处理请求，但是哨兵已经选出了新的主库，这样一来，旧的主库和新主库就会同时存在，这就是脑裂现象。
脑裂最严重的问题就是客户端不知道往哪个节点写数据了。结果就是不同的客户端会给不同的服务器写数据，从而造成数据丢失的现象。
简单来说就是，主节点让从节点执行它的RDB文件，此时从节点会删除自己的数据，从而噪声数据丢失。
redis中存在两个配置参数
- min_replicas_to_write N
- min_replicas_max_lag 10
第一个参数标识，一个节点最少要有N个从节点，才可以进行写操作。
第二个参数标识，用于配置 master 多长时间（秒）无法得到从节点的响应，就认为这个节点失联。我们这里配置的是 10 秒，也就是说 master 10 秒都得不到一个从节点的响应，就会认为这个从节点失联，停止接受新的写入命令请求。
三、分片集群
当有海量数据和高并发问题时，就应该采用分片集群的结构。
集群中有多个主节点，且每个主节点保存不同数据
每个主节点有多个从节点
主节点之间通过心跳进行检测，充当哨兵
客户端可以访问任意节点，最终都会被转发到正确的节点
数据读写
分片集群中引入了哈希槽的概念，比如说Redis有16384个哈希槽，每个key通过CRC16检验之后会算出一个值模16384，得到的值就在16383之间，然后根据最后的结果快速得到数据在哪一个主节点之上。同一类数据还可以用{ }扩起来计算其有效果值，可以使得查找更为方便。