🚀 Redis 集群模式详解

Redis 提供了三种集群模式：主从模式、哨兵模式 和 Cluster 模式。其中，主从模式最为常见。本文将详细介绍这三种模式的概念、原理、优缺点及示意图，快来一起学习吧！📚

🌟 三种集群模式概览

主从模式：基础的高可用方案，实现读写分离。
哨兵模式 (Sentinel)：在主从基础上增加监控和自动故障转移。
Cluster 模式：官方分布式解决方案，支持分片存储和高可用。

1️⃣ 主从复制

1.1 主从模式示意图

主从模式

1.2 Redis 复制原理

Redis 主从复制分为两部分：同步 (SYNC) 和 命令传播 (Command Propagate)。

同步 (SYNC)：
- 从服务器主动获取主服务器数据，保持一致。
- 流程：从服务器发送 SYNC 命令 → 主服务器生成 RDB 快照 → 发送给从服务器。
命令传播 (Command Propagate)：
- 主服务器数据修改后，将命令传播给从服务器。
- 流程：主服务器缓存修改命令 → 发送给从服务器 → 从服务器执行命令保持一致。
为何需要两种操作？
- 仅同步时，主服务器生成 RDB 期间仍会接收新命令，若无命令传播，会导致主从数据不一致。因此，命令传播弥补了这段时间的差异。

1.3 主从复制流程

以下两图展示了复制过程：
同步流程
命令传播

1.4 优缺点

优点：
1. 读写分离，提高可用性，解决单机故障。
2. 主从复制期间，主从均为非阻塞，服务仍可用。
缺点：
1. 主节点宕机需手动切换，可能导致数据不一致。
2. 多从节点同时恢复时，大量 SYNC 请求可能压垮主节点 IO。
3. 在线扩容复杂。

1.5 总结

主从模式通过复制提升了可用性，但手动切换和扩容是其短板。

2️⃣ Sentinel 哨兵模式

2.1 Sentinel 系统

哨兵模式是 Redis 的高可用解决方案，通过一个或多个 Sentinel 实例监控主从集群，并在主节点下线时自动切换从节点为主节点。

系统架构图

Sentinel 系统

监控过程

Sentinel 通过发送命令（如 PING）监控 Redis 服务器状态。
通过发布订阅模式通知状态变化。

2.2 故障转移

转移过程

主节点 (Server1) 下线：
Sentinel 将从节点 (Server2) 升级为主节点：
原主节点恢复后降级为从节点：

故障检测

Sentinel 每秒发送 PING 命令。
若某实例响应超时（超过 down-after-milliseconds），标记为主观下线。
多个 Sentinel 确认后，标记为客观下线。

2.3 优缺点

优点：
- 继承主从模式优点。
- 自动故障转移，提升高可用性。
缺点：
- 在线扩容复杂。

2.4 总结

哨兵模式增强了主从集群的高可用性，适合需要自动切换的场景。

3️⃣ Cluster 模式

3.1 Redis Cluster 简介

Redis Cluster 是 3.0 版本引入的分布式解决方案，采用 Sharding（分片） 技术，实现高可用和分布式存储。

架构图

Cluster 模式

3.2 数据分片原理

Redis Cluster 使用 16384 个哈希槽。
每个 Key 通过 CRC16 算法计算后对 16384 取模，分配到对应槽。
客户端连接任意节点，节点根据槽信息定位数据位置。

3.3 复制原理

每个主节点可配多个从节点。
主节点宕机时，从节点接管。
若主从同时宕机，集群不可用。
主节点间通过 PING 检测故障，半数以上主节点确认某节点宕机则触发切换。

3.4 优缺点

优点：
- 分布式存储，节省内存。
- 高可用与读写分离兼顾。
缺点：
- 实现复杂，维护成本较高。

3.5 总结

Cluster 模式适合大规模分布式场景，兼顾高可用与资源效率。

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