Redis三種集群方式：主從複製、哨兵模式和Cluster模式

一、主從複製模式

Redis配置成主從模式，主庫（Master）只負責客戶端的寫數據，從庫（Slave）只負責客戶端的讀數據。

主從數據複製過程如圖所示：

主從複製原理：

• slave redis連接master redis，發送sync命令；
• master redis接收到sync命名後，執行BGSAVE命令生成RDB文件,使用緩衝區記錄此後執行的所有寫命令；
• master redis BGSAVE執行完後，向所有slave redis發送快照文件，並在發送期間繼續記錄被執行的寫命令；
• slave redis收到快照文件後丟棄所有舊數據，載入收到的快照；
• master redis快照發送完畢後開始向slave redis發送緩衝區中的寫命令；
• slave redis器完成對快照的載入，開始接收命令請求，並執行來自master redis緩衝區的寫命令；
• master redis每執行一個寫命令就會向slave redis發送相同的寫命令，slave redis接收並執行收到的寫命令

主從複製優缺點：

優點：

• 實現讀寫分離：客戶端從master redis寫數據，從slave redis讀數據
• 支持主從複製:master redis自動將數據同步到slave redis
• Slave分載Master的同步壓力:slave可以接受其它Slaves的連接和同步請求
• Master Server是以非阻塞的方式為Slaves提供服務：在Master-Slave同步期間，客戶端仍然可以提交查詢或修改請求
• Slave Server同樣是以非阻塞的方式完成數據同步：在同步期間，如果有客戶端提交查詢請求，Redis則返回同步之前的數據

缺點：

• 不具備自動容錯和恢復功能：主機從機的宕機都會導致前端部分讀寫請求失敗，需要等待機器重啟或者手動切換前端的IP才能恢復；宕機前有部分數據未能及時同步到從機，切換IP後還會引入數據不一致的問題，降低了系統的可用性
• 較難支持在線擴容：在集群容量達到上限時在線擴容會變得很複雜。

二、哨兵模式

哨兵模式：

在主從複製模式中當主服務器中斷服務後，需要人工手動操作來將一個從服務器升級為主服務器，以便繼續提供服務。而哨兵模式可以實現自動化的系統監控和故障恢復功能。

哨兵模式是一種特殊的模式，首先Redis提供了哨兵的命令，哨兵是一個獨立的進程，作為進程，它會獨立運行。其原理是哨兵通過發送命令，等待Redis服務器響應，從而監控運行的多個Redis實例。

哨兵的作用:

• 監控主服務器和從服務器是否正常運行。
• 主服務器出現故障時自動將從服務器轉換為主服務器

故障切換（failover）過程:

假設主服務器宕機，哨兵1先檢測到這個結果，系統並不會馬上進行failover過程，僅僅是哨兵1主觀的認為主服務器不可用，這個現象成為主觀下線。當後面的哨兵也檢測到主服務器不可用，並且數量達到一定值時，那麼哨兵之間就會進行一次投票，投票的結果由一個哨兵發起，進行failover操作。切換成功後，就會通過發佈訂閱模式，讓各個哨兵把自己監控的從服務器實現切換主機，這個過程稱為客觀下線。這樣對於客戶端而言，一切都是透明的。

哨兵除了監控服務器，哨兵之間也相互監控，如下圖所示：

哨兵模式的優缺點

優點：

• 基於主動複製模式，主從複製模式的所有優點都有
• 主從可以自動切換，系統更健壯，可用性更高

缺點：

• 很難支持在線擴容，在線擴容複雜

三、Redis-Cluster集群

現在很多公司採用的是這種redis集群模式。

redis的哨兵模式基本已經可以實現高可用，讀寫分離 ，但是在這種模式下每臺redis服務器都存儲相同的數據，很浪費內存，所以在redis3.0上加入了cluster模式，實現的redis的分佈式存儲，也就是說每臺redis節點上存儲不同的內容。解決了前面哨兵模式擴容複雜的問題。

Cluster集群模式是在哨兵模式的基礎上進行升級改造：

• 集群節點複製：遵循前面講到的主從複製模式的節點複製方式
• 故障轉移：和前面講到的哨兵模式進行故障轉移的方法基本一樣，不同的是，在集群裡面，故障轉移是由集群中其他在線的主節點負責進行的，所以集群不必另外使用Redis Sentinel。
• 集群分片策略： 每臺redis節點上存儲不同的內容

Redis Cluster的具體實現細節：

採用了Hash槽的概念，集群會預先分配16384個槽，並將這些槽分配給具體的服務節點，通過對Key進行CRC16(key)%16384運算得到對應的槽是哪一個，從而將讀寫操作轉發到該槽所對應的服務節點。當有新的節點加入或者移除的時候，再來遷移這些槽以及其對應的數據。在這種設計之下，我們可以很方便的進行動態擴容或縮容，目前很多公司都傾向於這種集群模式。

如下圖所示：

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