redis集群 —— 高性能

news2024/9/25 14:37:07

文章目录

前言
节点
- - 1.1 启动节点
槽指派
- - 2.1 记录节点的槽指派信息
  - 2.2 传播节点的槽指派信息
  - 2.3 记录集群所有槽的指派信息
在集群中执行命令
- - 3.1 计算键属于哪个槽
  - 3.3 节点数据库的实现
重新分片
复制与故障转移

前言

Redis集群是Redis提供的分布式数据库方案，集群通过分片(sharding)来进行数据共享，并提供复制和故障转移功能。

本节将对集群的节点、槽指派、命令执行、重新分片、转向、故障转移、消息等各个方面进行介绍。

数据分片，每一个分片存在一个节点上，每个节点有一主多从，保证高可用。

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：

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所指向的节点进行握手（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。

1.1 启动节点

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配置选项是否为yes来决定是否开启服务器的集群模式，如图
在这里插入图片描述
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，比如说:

节点会继续使用文件事件处理器来处理命令请求和返回命令回复。
节点会继续使用时间事件处理器来执行serverCron函数，而 serverCron函数又会调用集群模式特有的clusterCron函数。clusterCron函数负责执行在集群模式下需要执行的常规操作，例如向集群中的其他节点发送Gossip消息，检查节点是否断线，或者检查是否需要对下线节点进行自动故障转移等。
节点会继续使用数据库来保存键值对数据，键值对依然会是各种不同类型的对象。
节点会继续使用RDB持久化模块和AOF持久化模块来执行持久化工作。
节点会继续使用发布与订阅模块来执行PUBLISH、SUBSCRIBE等命令。
节点会继续使用复制模块来进行节点的复制工作。
节点会继续使用Lua脚本环境来执行客户端输入的Lua脚本。

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cluster.h/clusterState结构里面

槽指派

Redis集群通过分片的方式来保存数据库中的键值对:集群的整个数据库被分为16384个槽(slot)，数据库中的每个键都属于这16384个槽的其中一个，集群中的每个节点可以处理0个或最多16384个槽。

当数据库中的16384个槽都有节点在处理时，集群处于上线状态 (ok);相反地，如果数据库中有任何一个槽没有得到处理，那么集群处于下线状态(fail)。

2.1 记录节点的槽指派信息

clusterNode结构的slots属性和numslot属性记录了节点负责处理哪些槽：

slots属性是一个二进制数据（bit array），这个数组的长度为16384/8=2048个字节，共包含16384个二进制位。
Redis以0为起始索引，16384为终止索引，对slots数组中的16384个二进制进行编号，并根据索引i上的二进制位来判断节点是否负责处理槽i：

如果slots数组在索引i上的二进制位的值为1，那么表示节点负责处理
如果slots数组在索引i上的二进制位的值为0，那么表示不负责处理

2.2 传播节点的槽指派信息

各个节点会通知其他节点本节点的槽指派信息，最终达到所有的节点都知道所有的槽指派信息。

2.3 记录集群所有槽的指派信息

clusterState结构中的slots数组记录了集群中所有的16384个槽的指派信息：

slots数组包含16384个项，每个数组项都是一个指向clusterNode结构的指针：

如果slots[i]指针指向null，那么表示槽i尚未指派给任何节点
如果slots[i]指针指向一个clusterNode结构，那么表示槽i已经指派给了clusterNode结构所代表的节点。

在集群中执行命令

3.1 计算键属于哪个槽

def slot_number(key):
	return CRC16(key) & 16384

其中CRC16(key) 语句用于计算键key的CRC-16校验和，而&16384则用于计算出一个介于0到16384之间的整数作为键key的槽号。

3.3 节点数据库的实现

集群节点保存键值对以及键值对过期时间的方式，与第9章里面介绍的单机Redis服务器保存键值对以及键值对过期时间的方式完全相同。

节点和单机服务器在数据库方面的一个区别是，节点只能使用0号数据库，而单机Redis服务器则没有这一限制。

另外除了将键值对保存在数据库里面之外，节点还会用 clusterState结构中的slots_to_keys跳跃表来保存槽和键之间的关系:

slots_to_keys跳跃表每个节点的分值(score)都是一个槽号，而每个节点的成员(member)都是一个数据库键:

每当节点往数据库中添加一个新的键值对时，节点就会将这个键以及键的槽号关联到slots_to_keys跳跃表。
当节点删除数据库中的某个键值对时，节点就会在slots_to_keys跳跃表解除被删除键与槽号的关联。

通过在slots_to_keys跳跃表中记录各个数据库键所属的槽，节点可以很方便地对属于某个或某些槽的所有数据库键进行批量操作，例如命令CLUSTER GETKEYSINSLOT <slot> <count>命令可以返回最多count个属于槽slot的数据库键，而这个命令就是通过遍历slots_to_keys跳跃表来实现的。