Redis Cluster的基本原理及实现细节

　　Redis Cluster的基本原理和架构

　　Redis Cluster是分布式Redis的实现。随着Redis版本的更替，以及各种已知bug的fixed，在稳定性和高可用性上有了很大的提升和进步，越来越多的企业将Redis Cluster实际应用到线上业务中，通过从社区获取到反馈社区的迭代，为Redis Cluster成为一个可靠的企业级开源产品，在简化业务架构和业务逻辑方面都起着积极重要的作用。下面从Redis Cluster的基本原理为起点开启Redis Cluster在业界的分析与思考之旅。

　　基本原理

　　Redis Cluster的基本原理可以从数据分片、数据迁移、集群通讯、故障检测以及故障转移等方面进行了解，Cluster相关的代码也不是很多，注释也很详细，可自行查看，地址是：https://github.com/antirez/redis/blob/unstable/src/cluster.c。这里由于篇幅的原因，主要从数据分片和数据迁移两方面进行详细介绍：

　　数据分片

　　Redis Cluster在设计中没有使用一致性哈希（Consistency Hashing），而是使用数据分片（Sharding）引入哈希槽（hash slot）来实现；一个 Redis Cluster包含16384（0~16383）个哈希槽，存储在Redis Cluster中的所有键都会被映射到这些slot中，集群中的每个键都属于这16384个哈希槽中的一个，集群使用公式slot=CRC16（key）/16384来计算key属于哪个槽，其中CRC16（key）语句用于计算key的CRC16 校验和。

　　集群中的每个主节点（Master）都负责处理16384个哈希槽中的一部分，当集群处于稳定状态时，每个哈希槽都只由一个主节点进行处理，每个主节点可以有一个到N个从节点（Slave），当主节点出现宕机或网络断线等不可用时，从节点能自动提升为主节点进行处理。

　　如图1，ClusterNode数据结构中的slots和numslots属性记录了节点负责处理哪些槽。其中，slot属性是一个二进制位数组（bitarray），其长度为16384/8=2048 Byte，共包含16384个二进制位。集群中的Master节点用bit（0和1）来标识对于某个槽是否拥有。比如，对于编号为1的槽，Master只要判断序列第二位（索引从0开始）的值是不是1即可，时间复杂度为O（1）。

　　图1 ClusterNode数据结构