文章目录
- 前言
- 一、节点
- 1.节点启动
- 2.集群数据结构
- 3.CLUSTER MEET 命令的实现
- 二、槽指派
- 1.记录节点的槽指派信息
- 2.传播节点的槽指派信息
- 3.记录集群中所有槽的指派信息
- 三、在集群中执行命令
- 四、重新分片
- 总结
前言
集群是Redis提供的分布式数据库方案，集群通过分片进行数据共享，并提供复制和故障转移功能
一、节点
一个 Redis 集群通常由多个节点（node）组成， 在刚开始的时候， 每个节点都是相互独立的， 它们都处于一个只包含自己的集群当中， 要组建一个真正可工作的集群， 我们必须将各个独立的节点连接起来， 构成一个包含多个节点的集群。连接各个节点的工作可以使用 CLUSTER MEET 命令来完成， 该命令的格式如下：
代码语言：javascript复制CLUSTER MEET <ip> <port>向一个节点 node 发送 CLUSTER MEET 命令， 可以让 node 节点与 ip 和 port 所指定的节点进行握手（handshake）， 当握手成功时， node 节点就会将 ip 和 port 所指定的节点添加到 node 节点当前所在的集群中。握手示意图如下：
1.节点启动
一个节点就是一个运行在集群模式下的 Redis 服务器， Redis 服务器在启动时会根据 cluster-enabled 配置选项的是否为 yes 来决定是否开启服务器的集群模式。节点（运行在集群模式下的 Redis 服务器）会继续使用所有在单机模式中使用的服务器组件，除此之外， 节点会继续使用 redisServer 结构来保存服务器的状态， 使用 redisClient 结构来保存客户端的状态， 至于那些只有在集群模式下才会用到的数据， 节点将它们保存到了 cluster.h/clusterNode 结构， cluster.h/clusterLink 结构， 以及 cluster.h/clusterState 结构里面， 接下来的一节将对这三种数据结构进行介绍。
2.集群数据结构
clusterNode 结构保存了一个节点的当前状态， 比如节点的创建时间， 节点的名字， 节点当前的配置纪元， 节点的 IP 和地址， 等等。每个节点都会使用一个 clusterNode 结构来记录自己的状态， 并为集群中的所有其他节点（包括主节点和从节点）都创建一个相应的 clusterNode 结构， 以此来记录其他节点的状态：
代码语言：javascript复制struct clusterNode {
// 创建节点的时间
mstime_t ctime;
// 节点的名字，由 40 个十六进制字符组成
// 例如 68eef66df23420a5862208ef5b1a7005b806f2ff
char name[REDIS_CLUSTER_NAMELEN];
// 节点标识
// 使用各种不同的标识值记录节点的角色（比如主节点或者从节点），
// 以及节点目前所处的状态（比如在线或者下线）。
int flags;
// 节点当前的配置纪元，用于实现故障转移
uint64_t configEpoch;
// 节点的 IP 地址
char ip[REDIS_IP_STR_LEN];
// 节点的端口号
int port;
// 保存连接节点所需的有关信息
clusterLink *link;
// ...
};clusterNode 结构的 link 属性是一个 clusterLink 结构， 该结构保存了连接节点所需的有关信息， 比如套接字描述符， 输入缓冲区和输出缓冲区：
代码语言：javascript复制typedef struct clusterLink {
// 连接的创建时间
mstime_t ctime;
// TCP 套接字描述符
int fd;
// 输出缓冲区，保存着等待发送给其他节点的消息（message）。
sds sndbuf;
// 输入缓冲区，保存着从其他节点接收到的消息。
sds rcvbuf;
// 与这个连接相关联的节点，如果没有的话就为 NULL
struct clusterNode *node;
} clusterLink;最后， 每个节点都保存着一个 clusterState 结构， 这个结构记录了在当前节点的视角下， 集群目前所处的状态 —— 比如集群是在线还是下线， 集群包含多少个节点， 集群当前的配置纪元， 诸如此类：
代码语言：javascript复制typedef struct clusterState {
// 指向当前节点的指针
clusterNode *myself;
// 集群当前的配置纪元，用于实现故障转移
uint64_t currentEpoch;
// 集群当前的状态：是在线还是下线
int state;
// 集群中至少处理着一个槽的节点的数量
int size;
// 集群节点名单（包括 myself 节点）
// 字典的键为节点的名字，字典的值为节点对应的 clusterNode 结构
dict *nodes;
// ...
} clusterState;clusterState 结构是示意图如下所示：
3.CLUSTER MEET 命令的实现
通过向节点 A 发送 CLUSTER MEET 命令， 客户端可以让接收命令的节点 A 将另一个节点 B 添加到节点 A 当前所在的集群里面。收到命令的节点 A 将与节点 B 进行握手（handshake）， 以此来确认彼此的存在， 并为将来的进一步通信打好基础： a.节点 A 会为节点 B 创建一个 clusterNode 结构， 并将该结构添加到自己的 clusterState.nodes 字典里面。 b.之后， 节点 A 将根据 CLUSTER MEET 命令给定的 IP 地址和端口号， 向节点 B 发送一条 MEET 消息（message）。 c.如果一切顺利， 节点 B 将接收到节点 A 发送的 MEET 消息， 节点 B 会为节点 A 创建一个 clusterNode 结构， 并将该结构添加到自己的 clusterState.nodes 字典里面。 d.之后， 节点 B 将向节点 A 返回一条 PONG 消息。 e.如果一切顺利， 节点 A 将接收到节点 B 返回的 PONG 消息， 通过这条 PONG 消息节点 A 可以知道节点 B 已经成功地接收到了自己发送的 MEET 消息。 f.之后， 节点 A 将向节点 B 返回一条 PING 消息。 g.如果一切顺利， 节点 B 将接收到节点 A 返回的 PING 消息， 通过这条 PING 消息节点 B 可以知道节点 A 已经成功地接收到了自己返回的 PONG 消息， 握手完成。
二、槽指派
Redis集群通过分片的方式来保存数据库中的键值对，整个数据库会被分为16384个槽。当所有的槽都有集群节点在处理时，集群处于上线状态，否则处于下线状态。通过向某个集群节点发送cluster addslots命令可以将槽分配给该节点，如下所示：
代码语言：javascript复制redis>cluster addslots 0 1 2 ......5000 //将槽0-5000分配给客户端连接的服务器节点下面简要介绍cluster addslots命令会执行的操作。
1.记录节点的槽指派信息
clusterNode的slot和numslot属性记录了节点处理那些槽，如下所示：
代码语言：javascript复制struct clusterNode {
// 由这个节点负责处理的槽
// 一共有 REDIS_CLUSTER_SLOTS / 8 个字节长
// 每个字节的每个位记录了一个槽的保存状态
// 位的值为 1 表示槽正由本节点处理，值为 0 则表示槽并非本节点处理
// 比如 slots[0] 的第一个位保存了槽 0 的保存情况
// slots[0] 的第二个位保存了槽 1 的保存情况，以此类推
unsigned char slots[REDIS_CLUSTER_SLOTS/8]; /* slots handled by this node */
// 该节点负责处理的槽数量
int numslots; /* Number of slots handled by this node */
};slots是一个大小为16384/8字节长的二进制位数组，其中某一位代表一个槽，若该位是1，表示这个槽由本节点处理。
2.传播节点的槽指派信息
槽指派以后节点除了记录自己负责的槽以外，还会降slots数组信息发送给集群中的其他节点，其他节点收到信息后会在clusterState 的nodes词典中，找到发送信息节点对应的clusterNode结构，并更新该结构的slots数组。
3.记录集群中所有槽的指派信息
clusterState 的slots成员记录了所有槽指派给了那个节点，如下所示：
代码语言：javascript复制typedef struct clusterState {
clusterNode *slots[16384]
} clusterState;若slots[i]=NULL，表示槽i未被指派，否则表示已经指向了某个节点，示意图如下所示：
三、在集群中执行命令
当所有槽都指派给节点后，集群进入上线状态，此时客户端就可以向服务端发送命令了。当客户端向服务器发送键有关的命令时，接收命令的节点就会计算键属于哪个槽并将判断槽是否是自己负责，若是则执行命令，不是则向客户端返回moved错误，引导客户端指向正确节点。如下所示：
代码语言：javascript复制127.0.0.1:7001>set msg hello
127.0.0.1:7002>get msg
->redirected to slot[6257] located at 127.0.0.1:7001 //moved错误
ok
127.0.0.1:7001>四、重新分片
重新分片可以将指定数目的分配给某个节点的槽分配给另一个节点，重新分片可以在线进行，由redis集群管理软件redis-trib负责执行，在此不多做介绍。
五、复制和故障转移
集群中的节点分为主节点和从节点，主节点负责处理槽，从节点负责复制主节点。当主节点下线时，从节点会代替主节点处理命令请求。
总结
本文对redis集群进行了简要介绍，方便对集群进行一个简单的初步了解。
