本篇文章給大家分享的是有關(guān)redis中Cluster分區(qū)的實(shí)現(xiàn)原理是什么，小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家學(xué)習(xí)，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。
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Redis Cluster本身提供了自動將數(shù)據(jù)分散到Redis Cluster不同節(jié)點(diǎn)的能力，分區(qū)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)問題包括：如何將數(shù)據(jù)自動地打散到不同的節(jié)點(diǎn)，使得不同節(jié)點(diǎn)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(diǎn)和數(shù)據(jù)；如何保證重新分片的過程中不影響正常服務(wù)。這篇文章通過了解這些問題來認(rèn)識Redis Cluster分區(qū)實(shí)現(xiàn)原理。
Redis Cluster是由多個(gè)同時(shí)服務(wù)于一個(gè)數(shù)據(jù)集合的Redis實(shí)例組成的整體，對于用戶來說，用戶只關(guān)注這個(gè)數(shù)據(jù)集合，而整個(gè)數(shù)據(jù)集合的某個(gè)數(shù)據(jù)子集存儲在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)對于用戶來說是透明的。Redis Cluster具有分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)，也具有分布式系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)高可用性與數(shù)據(jù)一致性的難點(diǎn)，由多個(gè)Redis實(shí)例組成的Redis Cluster結(jié)構(gòu)通常如下：
Redis Cluster
Redis Cluster特點(diǎn)如下：
所有的節(jié)點(diǎn)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(wù)端口+10000，這個(gè)10000是固定值；
節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間通過二進(jìn)制協(xié)議進(jìn)行通信；
客戶端和集群節(jié)點(diǎn)之間通信和通常一樣，通過文本協(xié)議進(jìn)行；
集群節(jié)點(diǎn)不會代理查詢；
Redis Cluster中有一個(gè)16384長度的槽的概念，他們的編號為0、1、2、3……16382、16383。這個(gè)槽是一個(gè)虛擬的槽，并不是真正存在的。正常工作的時(shí)候，Redis Cluster中的每個(gè)Master節(jié)點(diǎn)都會負(fù)責(zé)一部分的槽，當(dāng)有某個(gè)key被映射到某個(gè)Master負(fù)責(zé)的槽，那么這個(gè)Master負(fù)責(zé)為這個(gè)key提供服務(wù)，至于哪個(gè)Master節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)哪個(gè)槽，這是可以由用戶指定的，也可以在初始化的時(shí)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(gè)Master的slave，這個(gè)slave只負(fù)責(zé)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(diǎn)負(fù)責(zé)的呢？某個(gè)Master又怎么知道某個(gè)槽自己是不是擁有呢？
Master節(jié)點(diǎn)維護(hù)著一個(gè)16384/8字節(jié)的位序列，Master節(jié)點(diǎn)用bit來標(biāo)識對于某個(gè)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(dāng)前Master擁有編號為1，134的槽。集群同時(shí)還維護(hù)著槽到集群節(jié)點(diǎn)的映射，是由長度為16384類型為節(jié)點(diǎn)的數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，槽編號為數(shù)組的下標(biāo)，數(shù)組內(nèi)容為集群節(jié)點(diǎn)，這樣就可以很快地通過槽編號找到負(fù)責(zé)這個(gè)槽的節(jié)點(diǎn)。位序列這個(gè)結(jié)構(gòu)很精巧，即不浪費(fèi)存儲空間，操作起來又很便捷。
這里講的是Redis Cluster如何將鍵空間分布在不同的節(jié)點(diǎn)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(gè)范圍叫做鍵空間。提到空間分布，必然會想到哈希算法，沒錯(cuò)，通過哈希算法再加上取模運(yùn)算可以將一個(gè)值固定地映射到某個(gè)區(qū)間，在這里，這個(gè)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(gè)slot，這個(gè)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：
HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384
用Redis中的代碼表示如下（這個(gè)代碼被稍微修改了一下，后面會還原）：
crc16(key) & 0x3FFF
經(jīng)過簡單的計(jì)算就得到了當(dāng)前key應(yīng)該是存儲在哪個(gè)slot里面，值得注意的是，指定的key會被存儲在哪個(gè)slot，這個(gè)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(diǎn)服務(wù)，這樣就和的預(yù)期有點(diǎn)不同，有沒有辦法將這批鍵映射到同一個(gè)slot呢？答案是可以。
鍵哈希標(biāo)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(gè)槽中的實(shí)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(gè)規(guī)則是這樣的，如果我有對于同一個(gè)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(shè)置為下面即可:
abc{userId}def和ghi{userId}jkl
redis在計(jì)算槽編號的時(shí)候只會獲取{}之間的字符串進(jìn)行槽編號計(jì)算，這樣由于上面兩個(gè)不同的鍵，{}里面的字符串是相同的，因此他們可以被計(jì)算出相同的槽，相關(guān)代碼如下：
unsigned int keyHashSlot(char *key, int keylen) {
int s, e;
for (s = 0; s < keylen; s++)
if (key[s] == '{') break;
if (s == keylen) return crc16(key,keylen) & 0x3FFF;
for (e = s+1; e < keylen; e++)
if (key[e] == '}') break;
if (e == keylen || e == s+1) return crc16(key,keylen) & 0x3FFF;
return crc16(key+s+1,e-s-1) & 0x3FFF;
}
客戶端是怎么在Redis Cluster中找到正確的節(jié)點(diǎn)的呢？下面看看。
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(gè)key并不存在的節(jié)點(diǎn)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)是怎么處理的呢？比如我想獲取key為msg的值，msg計(jì)算出來的槽編號為254，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)正好不負(fù)責(zé)編號為254的槽，那么就會返回客戶端下面信息：
GET msg
-MOVED 254 127.0.0.1:6381
表示客戶端想要的254槽由運(yùn)行在IP為127.0.0.1，端口為6381的Master實(shí)例服務(wù)。如果根據(jù)key計(jì)算得出的槽恰好由當(dāng)前節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)，則當(dāng)期節(jié)點(diǎn)會立即返回結(jié)果。這里明確一下，沒有代理的Redis Cluster可能會導(dǎo)致客戶端兩次連接急群中的節(jié)點(diǎn)才能找到正確的服務(wù)，推薦客戶端緩存連接，這樣最壞的情況是兩次往返通信。
重新分片意為槽到集群節(jié)點(diǎn)的映射關(guān)系要改變，不變的是鍵到槽的映射關(guān)系，因此當(dāng)重新分片的時(shí)候，如果槽中有鍵，那么鍵也是要被移動到新的節(jié)點(diǎn)的。下面看看重新分片是怎么做的，假如我們有一批槽需要從一個(gè)Master節(jié)點(diǎn)移動到另一個(gè)Master節(jié)點(diǎn)：
槽遷移示意圖
這里簡化模型，假設(shè)這批待遷移的槽編號為1、2、3，并假設(shè)左邊的節(jié)點(diǎn)為MasterA節(jié)點(diǎn)，右邊的節(jié)點(diǎn)為MasterB節(jié)點(diǎn)。
槽遷移的過程中有一個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài)，這個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài)會有一些規(guī)則，這些規(guī)則定義客戶端的行為，從而使得Redis Cluster不必宕機(jī)的情況下可以執(zhí)行槽的遷移。下面這張圖描述了我們遷移編號為1、2、3的槽的過程中，他們在MasterA節(jié)點(diǎn)和Master節(jié)點(diǎn)中的狀態(tài)。槽1、2、3在MasterA節(jié)點(diǎn)中的狀態(tài)為MIGRATING，在MasterB節(jié)點(diǎn)中的狀態(tài)為IMPORTING。
槽遷移中間狀態(tài)
本例中MIGRATING狀態(tài)是發(fā)生在MasterA節(jié)點(diǎn)中的一種槽的狀態(tài)，預(yù)備遷移槽的時(shí)候槽的狀態(tài)首先會變?yōu)镸IGRATING狀態(tài)，這種狀態(tài)的槽會實(shí)際產(chǎn)生什么影響呢?當(dāng)客戶端請求的某個(gè)Key所屬的槽處于MIGRATING狀態(tài)的時(shí)候，影響有下面幾條：
如果Key存在則成功處理
如果Key不存在，則返回客戶端ASK，僅當(dāng)這次請求會轉(zhuǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并不會刷新客戶端中node的映射關(guān)系，也就是說下次該客戶端請求該Key的時(shí)候，還會選擇MasterA節(jié)點(diǎn)
如果Key包含多個(gè)命令，如果都存在則成功處理，如果都不存在，則返回客戶端ASK，如果一部分存在，則返回客戶端TRYAGAIN，通知客戶端稍后重試，這樣當(dāng)所有的Key都遷移完畢的時(shí)候客戶端重試請求的時(shí)候回得到ASK，然后經(jīng)過一次重定向就可以獲取這批鍵
本例中的IMPORTING狀態(tài)是發(fā)生在MasterB節(jié)點(diǎn)中的一種槽的狀態(tài)，預(yù)備將槽從MasterA節(jié)點(diǎn)遷移到MasterB節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，槽的狀態(tài)會首先變?yōu)镮MPORTING。IMPORTING狀態(tài)的槽對客戶端的行為有下面一些影響：
正常命令會被MOVED重定向，如果是ASKING命令則命令會被執(zhí)行，從而Key沒有在老的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被遷移到新的節(jié)點(diǎn)的情況可以被順利處理；
如果Key不存在則新建；
沒有ASKING的請求和正常請求一樣被MOVED，這保證客戶端node映射關(guān)
系出錯(cuò)的情況下不會發(fā)生寫錯(cuò)；
鍵空間遷移是指當(dāng)滿足了槽遷移前提的情況下，我們就可以通過相關(guān)命令將槽1、2、3中的鍵空間從MasterA節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到MasterB節(jié)點(diǎn)，這個(gè)過程真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。相關(guān)命令：
MIGRATE
DUMP
RESTORE
DEL
以上就是Redis中Cluster分區(qū)的實(shí)現(xiàn)原理是什么，小編相信有部分知識點(diǎn)可能是我們?nèi)粘９ぷ鲿姷交蛴玫降摹ＯＭ隳芡ㄟ^這篇文章學(xué)到更多知識。更多詳情敬請關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。
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