redis主从复制和集群实现原理

redis主从复制
redis主从配置比较简单，基本就是在从节点配置文件加上:slaveof 192.168.33.130 6379
主要是通过master server持久化的rdb文件实现的。master server 先dump出内存快照文件，然后将rdb文件传给slave server，slave server 根据rdb文件重建内存表。
redis复制过程如下：
1、slave server启动连接到master server之后，salve server主动发送SYNC命令给master server
2、master server接受SYNC命令之后，判断，是否有正在进行内存快照的子进程，如果有，则等待其结束，否则，fork一个子进程，子进程把内存数据保存为文件，并发送给slave server
3、master server子进程进程做数据快照时，父进程可以继续接收client端请求写数据，此时，父进程把新写入的数据放到待发送缓存队列中
4、slave server 接收内存快照文件之后，清空内存数据，根据接收的快照文件，重建内存表数据结构
5、master server把快照文件发送完毕之后，发送缓存队列中保存的子进程快照期间改变的数据给slave server，slave server做相同处理，保存数据一致性
6、master server 后续接收的数据，都会通过步骤1建立的连接，把数据发送到slave server
需要注意：slave server如果因为网络或其他原因断与master server的连接，当slave server重新连接时，需要重新获取master server的内存快照文件，slave server的数据会自动全部清空，然后再重新建立内存表，这样会让slave server 启动恢复服务比较慢，同时也给master server带来较大压力，可以看出redis的复制没有增量复制的概念，这是redis主从复制的一个主要弊端，在实际环境中，尽量规避中途增加从库
redis2.8之前不支持增量，到2.8之后就支持增量了！


redis cluster（集群）
3.0之后的功能，至少需要3(Master)+3(Slave)才能建立集群，是无中心的分布式存储架构，可以在多个节点之间进行数据共享，解决了Redis高可用、可扩展等问题。

redis集群提供了以下两个好处
1、将数据自动切分(split)到多个节点
2、当集群中的某一个节点故障时，redis还可以继续处理客户端的请求。
一个 redis 集群包含 16384 个哈希槽（hash slot），数据库中的每个数据都属于这16384个哈希槽中的一个。集群使用公式 CRC16(key) % 16384 来计算键 key 属于哪个槽。集群中的每一个节点负责处理一部分哈希槽。
集群中的主从复制
集群中的每个节点都有1个至N个复制品，其中一个为主节点，其余的为从节点，如果主节点下线了，集群就会把这个主节点的一个从节点设置为新的主节点，继续工作。这样集群就不会因为一个主节点的下线而无法正常工作
注意：
1、如果某一个主节点和他所有的从节点都下线的话，redis集群就会停止工作了。redis集群不保证数据的强一致性，在特定的情况下，redis集群会丢失已经被执行过的写命令
2、使用异步复制（asynchronous replication）是redis 集群可能会丢失写命令的其中一个原因，有时候由于网络原因，如果网络断开时间太长，redis集群就会启用新的主节点，之前发给主节点的数据就会丢失。

Redis集群

基本介绍

Redis 集群是一个可以在多个 Redis 节点之间进行数据共享的设施installation。

Redis 集群不支持那些需要同时处理多个键的 Redis 命令， 因为执行这些命令需要在多个 Redis 节点之间移动数据， 并且在高负载的情况下， 这些命令将降低Redis集群的性能， 并导致不可预测的行为。

Redis 集群通过分区partition来提供一定程度的可用性availability： 即使集群中有一部分节点失效或者无法进行通讯， 集群也可以继续处理命令请求。

Redis集群提供了以下两个好处：

• 将数据自动切分split到多个节点的能力。
• 当集群中的一部分节点失效或者无法进行通讯时， 仍然可以继续处理命令请求的能力。

集群原理

redis-cluster架构图

1. 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。

2. 节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才生效。

3. 客户端与redis节点直连,不需要中间proxy层.客户端不需要连接集群所有节点,连接集群中任何一个可用节点即可。

4. redis-cluster把所有的物理节点映射到[0-16383]slot上,cluster 负责维护node<->slot<->value

Redis集群中内置了 16384 个哈希槽，当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value 时，redis 先对key 使用 crc16 算法算出一个结果，然后把结果对 16384 求余数，这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383 之间的哈希槽，redis 会根据节点数量大致均等的将哈希槽映射到不同的节点

redis-cluster投票:容错

1. 投票过程是集群中所有master参与,如果半数以上master节点与master节点通信超时(cluster-node-timeout),认为当前master节点挂掉.

2. 什么时候整个集群不可用(cluster_state:fail)?

   • 如果集群任意master挂掉,且当前master没有slave.集群进入fail状态,也可以理解成集群的slot映射[0-16383]不完整时进入fail状态. 
     
     • redis-3.0.0.rc1加入cluster-require-full-coverage参数,默认关闭,打开集群兼容部分失败.
   • 如果集群超过半数以上master挂掉，无论是否有slave，集群进入fail状态.

 

主从概念

• 一个master可以拥有多个slave，一个slave又可以拥有多个slave。如此下去，形成了强大的多级服务器集群架构。
• master用写数据，经统计：网站的读写比率是10：1
• 通过主从分离可以实现读写分离
• master和slave都是一个redis实例（redis服务）
  

• 因此，主从模型可以提高读的能力，在一定程度上缓解了写的能力。因为能写仍然只有Master节点一个，可以将读的操作全部移交到从节点上，变相提高了写能力。

  问题：我们已经部署好了redis，并且能启动一个redis，实现数据的读写，为什么还要学习redis集群？

  答：（1）单个redis存在不稳定性。当redis服务宕机了，就没有可用的服务了。

  （2）单个redis的读写能力是有限的。

  redis集群是为了强化redis的读写能力。

总结：主从着眼于高可用，集群Cluster提高并发量