【Redis 集群原理专题】（1）介绍一下常用的 Redis 集群机制方案的原理和分析

集群化的方案

Redis 的 Sentinel 解决了主从复制故障不能自动迁移的问题，但是主节点的写性能和存储能力依然是受到了 Redis 单机容量有限的限制，所以使用 Redis 集群去解决这个问题，将 Redis 的数据根据一定的规则分配到多台机器。

Redis 集群方案

Redis Cluster 集群模式通常具有：高可用、可扩展性、分布式、容错等特性。Redis 分布式方案一般有两种：

客户端分区方案

客户端就已经决定数据会被存储到哪个 redis 节点或者从哪个 redis 节点 读取数据。其主要思想是采用 哈希算法 将 Redis 数据的 key 进行散列，通过 hash 函数，特定的 key 会 映射 到特定的 Redis 节点上。

客户端分区方案 的代表为 Redis Sharding，Redis Sharding 是 Redis Cluster 出来之前，业界普遍使用的 Redis 多实例集群方法。Java 的 Redis 客户端驱动库 Jedis，支持 Redis Sharding 功能，即 ShardedJedis 以及 结合缓存池 的 ShardedJedisPool。

优点

不使用第三方中间件，分区逻辑可控，配置简单，节点之间无关联，容易线性扩展，灵活性强。

缺点

客户端 无法 动态增删 服务节点，客户端需要自行维护 分发逻辑，客户端之间无连接共享，会造成连接浪费。

代理分区方案

客户端发送请求到一个代理组件，代理解析客户端的数据，并将请求转发至正确的节点，最后将结果回复给客户端。

• 优点：简化 客户端 的分布式逻辑，客户端 透明接入，切换成本低，代理的 转发 和 存储 分离。

• 缺点：多了一层 代理层，加重了 架构部署复杂度 和 性能损耗。

代理分区 主流实现的有方案有 Twemproxy 和 Codis。

Twemproxy

Twemproxy 也叫 nutcraker，是 twitter 开源的一个 redis 和 memcache 的 中间代理服务器 程序。Twemproxy 作为 代理，可接受来自多个程序的访问，按照 路由规则，转发给后台的各个 Redis 服务器，再原路返回。Twemproxy 存在 单点故障 问题，需要结合 Lvs 和 Keepalived 做 高可用方案。

• 优点：应用范围广，稳定性较高，中间代理层 高可用。

• 缺点：无法平滑地 水平扩容/缩容，无 可视化管理界面，运维不友好，出现故障，不能 自动转移。

Codis

Codis 是一个 分布式 Redis 解决方案，对于上层应用来说，连接 Codis-Proxy 和直接连接 原生的 Redis-Server 没有的区别。Codis 底层会 处理请求的转发，不停机的进行 数据迁移 等工作。Codis 采用了无状态的 代理层，对于 客户端 来说，一切都是透明的。

优点

实现了上层 Proxy 和底层 Redis 的 高可用，数据分片和自动平衡，提供 命令行接口 和 RESTful API，提供 监控 和 管理 界面，可以动态 添加 和 删除 Redis 节点。

缺点

部署架构 和 配置复杂，不支持 跨机房 和 多租户，不支持 鉴权管理。

Cluster 集群方案

Cluster 模式是 Redis3.0 开始推出，由多个节点群组成的分布式服务集群，Redis 的数据分布在这些节点中。集群不需要 Sentinel 哨兵也可以完成故障自动迁移。 使用集群时需要将 redis 配置文件中的 cluster-enable 配置打开。

采⽤⽆中⼼结构，每个节点保存数据和整个集群状态, 各个节点会互相通信，采⽤gossip 协议交换节点元数据信息，每个节点都和其他所有节点连接。一个集群⾄少需要 6 个节点才可以保证⾼可⽤，即 3 主 3 从。

客户端随机地 请求任意一个 Redis 实例，然后由 Redis 将请求 转发 给 正确 的 Redis 节点。Redis Cluster 实现了一种 混合形式 的 查询路由，但并不是 直接 将请求从一个 Redis 节点 转发 到另一个 Redis 节点，而是在 客户端 的帮助下直接 重定向（ redirected）到正确的 Redis 节点。

核心原理

redis cluster 集群采⽤数据分⽚中的哈希槽来进⾏数据存储与读取的，Cluster 会预分好 16384 个槽，每个节点负责其中的一部分槽位。当需要在 Redis 集群中放置⼀个数据时，Cluster 默认会根据 CRC16 算法 CRC16(key) mod 16384 的值，决定将⼀个 key 放到哪个槽位中。

常见的配置

• cluster-enabled yes：开启集群模式(cluster)

• cluster-config-file：该参数指定了集群配置文件的位置，记录集群节点信息。以集群模式启动时，会首先寻找是否有集群配置文件，如果有则使用文件中的配置启动，如果没有，则初始化配置并将配置保存到文件中

• cluster-node-timeout time：节点连接超时时间

• cluster-announce-ip ip：集群节点的 ip，当前节点的 ip

• cluster-announce-port port：集群节点映射端⼝

优点

无中心节点，数据按照 槽 存储分布在多个 Redis 实例上，可以平滑的进行节点 扩容/缩容，支持 高可用 和 自动故障转移，运维成本低。

缺点

严重依赖 Redis-trib 工具，缺乏监控管理，需要依赖 Smart Client (维护连接，缓存路由表，MultiOp 和 Pipeline 支持)。

• Failover 节点的 检测过慢，不如 中心节点 ZooKeeper 及时。

• Gossip 消息具有一定开销。

• 无法根据统计区分 冷热数据。