Redis中Cluster分區(qū)的實現(xiàn)原理是什么

本篇文章給大家分享的是有關(guān)Redis中Cluster分區(qū)的實現(xiàn)原理是什么，小編覺得挺實用的，因此分享給大家學習，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

摘要

Redis Cluster本身提供了自動將數(shù)據(jù)分散到Redis Cluster不同節(jié)點的能力，分區(qū)實現(xiàn)的關(guān)鍵點問題包括：如何將數(shù)據(jù)自動地打散到不同的節(jié)點，使得不同節(jié)點的存儲數(shù)據(jù)相對均勻；如何保證客戶端能夠訪問到正確的節(jié)點和數(shù)據(jù)；如何保證重新分片的過程中不影響正常服務。這篇文章通過了解這些問題來認識Redis Cluster分區(qū)實現(xiàn)原理。

認識Redis Cluster

Redis Cluster是由多個同時服務于一個數(shù)據(jù)集合的Redis實例組成的整體，對于用戶來說，用戶只關(guān)注這個數(shù)據(jù)集合，而整個數(shù)據(jù)集合的某個數(shù)據(jù)子集存儲在哪個節(jié)點對于用戶來說是透明的。Redis Cluster具有分布式系統(tǒng)的特點，也具有分布式系統(tǒng)如何實現(xiàn)高可用性與數(shù)據(jù)一致性的難點，由多個Redis實例組成的Redis Cluster結(jié)構(gòu)通常如下：

Redis Cluster

Redis Cluster特點如下：

• 所有的節(jié)點相互連接；

• 集群消息通信通過集群總線通信，，集群總線端口大小為客戶端服務端口+10000，這個10000是固定值；

• 節(jié)點與節(jié)點之間通過二進制協(xié)議進行通信；

• 客戶端和集群節(jié)點之間通信和通常一樣，通過文本協(xié)議進行；

• 集群節(jié)點不會代理查詢；

Redis Cluster分區(qū)實現(xiàn)原理

槽（slot）概念

Redis Cluster中有一個16384長度的槽的概念，他們的編號為0、1、2、3……16382、16383。這個槽是一個虛擬的槽，并不是真正存在的。正常工作的時候，Redis Cluster中的每個Master節(jié)點都會負責一部分的槽，當有某個key被映射到某個Master負責的槽，那么這個Master負責為這個key提供服務，至于哪個Master節(jié)點負責哪個槽，這是可以由用戶指定的，也可以在初始化的時候自動生成（redis-trib.rb腳本）。這里值得一提的是，在Redis Cluster中，只有Master才擁有槽的所有權(quán)，如果是某個Master的slave，這個slave只負責槽的使用，但是沒有所有權(quán)。Redis Cluster怎么知道哪些槽是由哪些節(jié)點負責的呢？某個Master又怎么知道某個槽自己是不是擁有呢？

位序列結(jié)構(gòu)

Master節(jié)點維護著一個16384/8字節(jié)的位序列，Master節(jié)點用bit來標識對于某個槽自己是否擁有。比如對于編號為1的槽，Master只要判斷序列的第二位（索引從0開始）是不是為1即可。

位序列

如上面的序列，表示當前Master擁有編號為1，134的槽。集群同時還維護著槽到集群節(jié)點的映射，是由長度為16384類型為節(jié)點的數(shù)組實現(xiàn)的，槽編號為數(shù)組的下標，數(shù)組內(nèi)容為集群節(jié)點，這樣就可以很快地通過槽編號找到負責這個槽的節(jié)點。位序列這個結(jié)構(gòu)很精巧，即不浪費存儲空間，操作起來又很便捷。

鍵空間分布基本算法

這里講的是Redis Cluster如何將鍵空間分布在不同的節(jié)點的，鍵空間意為Redis Cluster所擁有用戶所有數(shù)據(jù)集合的鍵的取值范圍，這個范圍叫做鍵空間。提到空間分布，必然會想到哈希算法，沒錯，通過哈希算法再加上取模運算可以將一個值固定地映射到某個區(qū)間，在這里，這個區(qū)間叫做slots，區(qū)間由連續(xù)的slot組成。在Redis Cluster中，我們擁有16384個slot，這個數(shù)是固定的，我們存儲在Redis Cluster中的所有的鍵都會被映射到這些slot中，下面講講Redis Cluster是如何做映射的。

鍵到slot的基本映射算法如下：

用Redis中的代碼表示如下（這個代碼被稍微修改了一下，后面會還原）：

經(jīng)過簡單的計算就得到了當前key應該是存儲在哪個slot里面，值得注意的是，指定的key會被存儲在哪個slot，這個關(guān)系是鐵打不變的。如果我提交了一批命令，往Redis中存儲一批鍵，那么這些鍵一般會被映射到不同的slot，而不同的slot又可能由Redis Cluster中不同的節(jié)點服務，這樣就和的預期有點不同，有沒有辦法將這批鍵映射到同一個slot呢？答案是可以。

鍵哈希標簽原理

鍵哈希標簽是一種可以讓用戶指定將一批鍵都能夠被存放在同一個槽中的實現(xiàn)方法，用戶唯一要做的就是按照既定規(guī)則生成key即可，這個規(guī)則是這樣的，如果我有對于同一個用戶有兩種不同含義的兩份數(shù)據(jù)，我只要將他們的鍵設置為下面即可:

redis在計算槽編號的時候只會獲取{}之間的字符串進行槽編號計算，這樣由于上面兩個不同的鍵，{}里面的字符串是相同的，因此他們可以被計算出相同的槽，相關(guān)代碼如下：

客戶端是怎么在Redis Cluster中找到正確的節(jié)點的呢？下面看看。

重定向客戶端

文章開始講到，Redis Cluster并不會代理查詢，那么如果客戶端訪問了一個key并不存在的節(jié)點，這個節(jié)點是怎么處理的呢？比如我想獲取key為msg的值，msg計算出來的槽編號為254，當前節(jié)點正好不負責編號為254的槽，那么就會返回客戶端下面信息：

以上就是Redis中Cluster分區(qū)的實現(xiàn)原理是什么，小編相信有部分知識點可能是我們?nèi)粘９ぷ鲿姷交蛴玫降?。希望你能通過這篇文章學到更多知識。更多詳情敬請關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。