对redis cluster的实现原理的理解，以及与codis,corvus的对比

Redis Cluster是一个分布式系统。由多个Redis实例组成的整体，数据按照Slot存储分布在多个Redis实例上，通过Gossip协议来进行节点之间通信。

整理理解

• redis cluster整体上还是一个哈希分布的方案，与twemproxy，codis没有本质区别， 不同的地方在于，客户请求不在通过代理节点转发，而是直接与对应槽位的节点处理
• 通过gossip来使得集群中的节点互相了解其他节点的状况，(节点的存活情况，所持有的槽位情况等)

哈希方案：slot(槽位)

Redis Cluster中有一个16384长度的槽的概念，每个key都会通过公式CRC16(key) % 16384来计算键key属于哪个槽，槽位是虚拟的，可以在不同节点之前迁移

• 客户端对key做哈希，得到槽位，并到本地路由缓存查找槽位对应的服务器节点，其中会有一些特殊情况要处理
  • 访问到了错误的节点，该节点会返回正确的节点地址，让客户端重新访问
  • 访问到正在迁移的节点，分好几种情况
    • 访问的key还存储在旧的节点，直接操作
    • 访问的key已经迁移到新的节点了，但是整个槽位还没有完成迁移，返回一个一次性的ask 指令，让客户端尝试去新的节点查找这个key，但是不更新这个槽位在本地的路由缓存
    • 访问的key已经迁移，且整个槽位已经完成迁移，返回move指令，告诉客户端以后这个槽位都访问指定的新节点，客户端收到指令后会更新本地的路由缓存

集群通信

cluster服务端节点直接使用gossip协议进行节点间通信(redis cluster这种单纯的哈希分布的方案下，好像除了交换节点存活情况和槽位信息，服务端节点之间的数据交互需求并不高，感觉不如谷歌大数据老三篇论文里面的弱master节点的设计，能节省很多不必要的节点通信)

• 主要使用 cluster meet ,ping ,pong 三个命令来完成
• 通信由meet或ping命令发起
• meet命令主要用于节点间的初次通信(?待确认)
• 节点间的握手，类似于tcp的三次握手，都会确保对方知道自己已经收到消息
• 定时任务clusterCron会向随机节点发其ping 通信（标记下线，疑似下线，即获知其他节点的存活情况）
• 在定时心跳通信时，会附带上随机两个节点的信息，包括ip,端口，以及节点所包含的槽位信息
  • 收到心跳信息的节点，会判断附加的节点信息是否在本地记录中，
    • 本地无记录，会发其meet通信(握手)
    • 本地有记录，会进行更新(判断epoch)
• 数据结构
  • 使用bitmap来表示一个节点持有的槽位信息
  • 集群消息处理函数 clusterProcessPacket

slot槽位的迁移

• A节点的一个slot需要迁移到B节点，节点A 设置migrating flag, B 设置importing flag
• 将该slot的key逐步迁移到节点B中
• 迁移完毕使用cluster setslot node来消除importing和migrating flag
• 这个时候节点B会bump epoch，更新专辑的epoch编号，来提高优先级，使得节点的槽位信息传播出去后能覆盖旧的版本
• 节点槽位信息的更新：slot从A节点迁移到B节点后，信息同步到其他节点C，C节点会比较本地缓存的A节点的epoch与同步过来的B节点的epoch，B的epoch大，才对这个slot的信息进行更新

几种方案的对比

• twemproxy 应该是最早开源的集群方案了，不过功能太过简单了，尽管使用了一致性哈希，但是集群中节点有增加时，还是会产生部分数据的丢失，而且不支持数据分片迁移，另外是单线程了，不过单线程的问题有唯品会twemproxies分支解决了

• codis 的功能相对比较完整，支持新增节点，支持数据迁移，使用go语言开发，而go的协程非常适合这种并发请求的场景，也能轻松实现对多核CPU的利用，不过codis感觉最大的问题还是所有请求都需要结果代理转发，另外就是这个项目现在官方团队已经不再维护了(搞TiDB去了~)

• redis cluster 这个redis官方的集群方案，优势和缺点也都很明显，与codis的预哈希方案类似，key哈希到某个slot(槽位)而不再是具体的节点，使得集群可以比较平滑的伸缩，另外一个优势就是客户端与node节点直连，省去了代理的开销，不过cluster的问题也同样明显，使用gossip这种无中心p2p的协议，导致所有节点都要频繁的与其他节点交换信息，另外一个问题就是使用redis cluster需要升级客户端，这对很多存量业务是很大的成本

• corvus是饿了么开发的，加载redis cluster前面的一个客户端代理，主要作用是在不侵入代码的情况下使用redis cluster，业务代理里面对redis的使用与原来单点的实例没有区别

• 另外还有SSDB/ledisdb/redisdb/tidis 等实现redis协议的第三方实现

总结

• 在对redis的各种集群化方案比较思考之后，感觉加入一个弱的中心节点可能会是一个可以考虑的优化方向，redis cluster的p2p方式确实增加了通信成本，而且难以获知集群的当前状态，运维上也是一个问题，后续找时间需要研究下能否在codis方案下做一些调整(避免使用代理转发，保证主节点高可用，主节点失效时，通过选举产生新的主节点等)

参考:

studygolang.com/articles/31…

xiking.win/2018/07/17/… zhuanlan.zhihu.com/p/25060071