Redis的三种集群方式及原理

主从复制

原理

1. 从服务器连接主服务器，发送SYNC命令
2. 主服务器接收到SYNC命令后，开始执行BGSAVE命令生成RDB文件，并使用缓冲区记录此后执行的所有写命令
3. 主服务器BGSAVE执行完后，向所有从服务器发送快照文件，并在发送期间继续记录被执行的写命令
4. 从服务器收到快照文件后丢弃所有旧数据，载入收到的快照
5. 主服务器快照发送完毕后开始向从服务器发送缓冲区中的写命令
6. 从服务器完成对快照的载入，开始接受命令请求，并执行来自主服务器缓冲区的写命令（从服务器初始化完成）
7. 主服务器每执行一个写命令就会向从服务器发送相同的写命令，从服务器接收并执行收到的写命令（从服务器初始化完成后的操作）
   初始化完成之后，主从服务器之间会保持缓冲区写命令的同步

优缺点

优点

• 支持主从复制，主机会自动将数据同步到从机，可以进行读写分离
• 为了分载Master的读操作压力，Slave服务器可以为客户端提供只读操作的服务，写服务必须由Master来完成
• Slave同样可以接受其他Slaves的连接和同步请求，这样可以有效的分载Master的同步压力
• Master Server是以非阻塞的方式为Slaves提供服务。所以在Master-Slave同步期间，客户端可以提交查询或修改请求
• Slave Server同样是以非阻塞的方式完成数据同步。在同步期间，如果有客户端提交查询请求，则返回同步前的数据

缺点

• Redis不具备自动容错和恢复功能，主机从机的宕机都会导致前端部分的读写请求失败，需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复
• 主机宕机，宕机前有部分数据未能及时同步到从机，切换IP后会引入数据不一致的问题，降低了系统的可用性
• Redis较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时，在线扩容会变得复杂

哨兵模式

当主服务器中断服务后，可以将一个从服务器升级为主服务器，以便继续提供服务，但是这个过程需要人工手动来操作。为此Redis2.8中提供了哨兵工具来实现自动化的系统监控和故障恢复功能。

哨兵的作用就是监控Redis系统的运行状况。它的功能有以下两个：

1. 监控主服务器和从服务器是否正常运行
2. 主服务器出现故障时自动将从服务器转换为主服务器

哨兵的工作方式

1. 每个哨兵进程以每秒一次的频率向整个集群的Master、Slave以及其他哨兵进程发送一个Ping命令
2. 如果一个示例距离最后一次有效回复Ping命令的时间超过 down-after-milliseconds 设置的值，则这个实例会被哨兵进程标记为主观下线（SDOWN）
3. 如果一个Master被标记为主观下线（SDOWN），则正在监视这个Master的所有哨兵进程都要以每秒一次的频率确认Master进入了主观下线状态（SDOWN）
4. 当有足够数量的哨兵进程(大于配置文件指定的值)在指定时间范围内确认Master进入了主观下线状态，则Master会被标记为客观下线（ODOWN）
5. 在一般情况下，每个哨兵进程会以每10秒一次的频率向集群中的所有Master、Slave发送INFO命令
6. 当Master被哨兵进程标记为客观下线时，哨兵进程向下线的Master的所有Slave发送Info命令的频率会从10s一次改为1s一次
7. 若没有足够数量的哨兵进程同意Master下线，Master的客观下线状态就会被移除。若Master重新向哨兵进程发送Ping命令返回有效回复，Master的主观下线状态就会被移除

优缺点

优点

• 哨兵模式是基于主从模式的，所有主从的优点，哨兵模式都有
• 主从可以自动切换，系统更健壮，可用性更高

  缺点

• Redis较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。

Redis-Cluster集群

Redis的哨兵模式基本已经可以实现高可用，读写分离。但是在这种模式下每台服务器都存储相同的数据，很浪费内存，所以在redis3.0上加入了Cluster模式，实现了redis的分布式存储，也就是说在每台redis节点上存储不同的内容

Redis-Cluster采用无中心结构，它的特点如下:

• 所有的redis节点彼此互联（ping-pong机制），内部使用二进制协议优化传输速度和带宽
• 节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才会生效
• 客户端与redis节点直连，不需要中间代理层，客户端不需要连接集群所有节点，连接集群中任何一个节点即可

工作方式

在redis的每一个节点上，都有这么两个东西，一个是插槽（slot），它的取值范围是0-16383。还有一个就是Cluster，可以理解为是一个集群管理插件。当我们存取的key到达的时候，redis会根据crc16的算法得出一个结果，然后把结果对16383求余数，这样每个key都会对应一个编号在0-16383之间的哈希值，通过这个值找到对应插槽的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作。一致性哈希算法解决分布式热点问题

为了保证高可用，Redis-Cluster集群引入了主从模式，一个主节点对应一个或多个从节点，当主节点宕机的时候，就会启用从节点。当其他主节点ping一个主节点A时，如果半数以上的主节点与A通信超时，那么主节点A宕机。如果主节点A和他的从节点A1都宕机，那么该集群无法再提供服务。