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Redis Cluster的基本原理及實現(xiàn)細節(jié)

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  Redis Cluster的基本原理和架構(gòu)

  Redis Cluster是分布式Redis的實現(xiàn)。隨著Redis版本的更替,以及各種已知bug的fixed,在穩(wěn)定性和高可用性上有了很大的提升和進步,越來越多的企業(yè)將Redis Cluster實際應用到線上業(yè)務中,通過從社區(qū)獲取到反饋社區(qū)的迭代,為Redis Cluster成為一個可靠的企業(yè)級開源產(chǎn)品,在簡化業(yè)務架構(gòu)和業(yè)務邏輯方面都起著積極重要的作用。下面從Redis Cluster的基本原理為起點開啟Redis Cluster在業(yè)界的分析與思考之旅。

  基本原理

  Redis Cluster的基本原理可以從數(shù)據(jù)分片、數(shù)據(jù)遷移、集群通訊、故障檢測以及故障轉(zhuǎn)移等方面進行了解,Cluster相關(guān)的代碼也不是很多,注釋也很詳細,可自行查看,地址是:https://github.com/antirez/redis/blob/unstable/src/cluster.c。這里由于篇幅的原因,主要從數(shù)據(jù)分片和數(shù)據(jù)遷移兩方面進行詳細介紹:

  數(shù)據(jù)分片

  Redis Cluster在設(shè)計中沒有使用一致性哈希(Consistency Hashing),而是使用數(shù)據(jù)分片(Sharding)引入哈希槽(hash slot)來實現(xiàn);一個 Redis Cluster包含16384(0~16383)個哈希槽,存儲在Redis Cluster中的所有鍵都會被映射到這些slot中,集群中的每個鍵都屬于這16384個哈希槽中的一個,集群使用公式slot=CRC16(key)/16384來計算key屬于哪個槽,其中CRC16(key)語句用于計算key的CRC16 校驗和。

  集群中的每個主節(jié)點(Master)都負責處理16384個哈希槽中的一部分,當集群處于穩(wěn)定狀態(tài)時,每個哈希槽都只由一個主節(jié)點進行處理,每個主節(jié)點可以有一個到N個從節(jié)點(Slave),當主節(jié)點出現(xiàn)宕機或網(wǎng)絡(luò)斷線等不可用時,從節(jié)點能自動提升為主節(jié)點進行處理。

  如圖1,ClusterNode數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的slots和numslots屬性記錄了節(jié)點負責處理哪些槽。其中,slot屬性是一個二進制位數(shù)組(bitarray),其長度為16384/8=2048 Byte,共包含16384個二進制位。集群中的Master節(jié)點用bit(0和1)來標識對于某個槽是否擁有。比如,對于編號為1的槽,Master只要判斷序列第二位(索引從0開始)的值是不是1即可,時間復雜度為O(1)。

  Redis Cluster的基本原理及實現(xiàn)細節(jié)

  圖1 ClusterNode數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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