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Redis 高可用与集群原理
1. 前言
Redis 单机虽然高性能，但一旦节点宕机，数据丢失或服务不可用问题会非常严重。为了解决这一问题，Redis 提供了主从复制、哨兵（Sentinel）、Cluster 集群 等高可用机制。
这一篇文章我们重点拆解：
- Sentinel 哨兵机制：如何发现故障、如何自动主从切换。
- Cluster 集群架构：如何实现分片存储与高可用。
- Gossip 协议：节点间如何通信。
- 故障转移源码剖析：Redis 内部实现流程。
2. Redis 高可用架构演进
- 主从复制（Replication）
- 提供读写分离，但主节点宕机会导致服务中断，需要人工干预。
- 哨兵（Sentinel）
- Cluster 集群
👉 可以理解为：
复制 = 数据冗余
Sentinel = 自动运维
Cluster = 扩展能力 + 内置高可用
3. Sentinel 哨兵机制
3.1 Sentinel 的作用
- 监控（Monitoring）：周期性检测 Master 和 Slave 是否可达。
- 通知（Notification）：当节点异常时，向客户端/其他哨兵发送通知。
- 故障转移（Failover）：自动将一个 Slave 提升为新的 Master，并让其他 Slave 复制它。
3.2 故障检测机制
- 主观下线（SDOWN）：某个 Sentinel 认为 Master 不可达。
- 客观下线（ODOWN）：多数 Sentinel 达成共识，确认 Master 宕机。
3.3 Leader 选举
在多个 Sentinel 中，需要选出一个 Leader 来执行故障转移，算法基于 Raft 的选举思想：
- 每个 Sentinel 给候选者投票。
- 超过半数票数的 Sentinel 当选 Leader。
3.4 源码剖析（sentinel.c）
哨兵检测主观下线：
// sentinel.c
if (mst->flags & SRI_MASTER) {
if ((mst->flags & SRI_S_DOWN) == 0 && mst->link->disconnected) {
mst->flags |= SRI_S_DOWN; // 标记主观下线
sentinelEvent(LL_WARNING, "+sdown", mst, "%@");
}
}这段代码表明，当哨兵发现主节点无法连接时，会标记为 S_DOWN。
4. Redis Cluster 集群架构
4.1 核心特性
- 分布式存储：采用 16384 个哈希槽（hash slots），每个节点负责一部分槽位。
- 高可用：每个分片至少有 1 个 Master 和若干 Slave。
- 自动故障转移：某个 Master 挂掉时，其 Slave 自动升级为新的 Master。
4.2 集群拓扑
┌───────────┐
│ Client │
└─────┬─────┘
│
┌─────────────▼─────────────┐
│ Cluster │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ │
│ │ Master │ │ Master │ │ ...
│ │ Slot 0 │ │ Slot 5461 │
│ └───▲────┘ └────▲───┘ │
│ │ │ │
│ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ │
│ │Slave│ │Slave│ │
│ └─────┘ └─────┘ │
└────────────────────────────┘
4.3 请求路由
- Client 向某个节点发起请求。
- 如果 Key 不在本节点的槽位范围，返回
MOVED 重定向。 - 客户端更新槽位映射表，下次直连正确节点。
5. Gossip 协议
Redis Cluster 中节点通信依赖 Gossip 协议，类似于 流言传播：
- 每个节点周期性地向随机节点发送 PING。
- 接收节点返回 PONG，附带自己已知的集群信息。
- 这样集群拓扑信息逐渐在所有节点中收敛。
消息类型：
- MEET：新节点加入。
- PING/PONG：心跳检测与状态同步。
- FAIL：节点失效信息。
👉 Gossip 的特点是 去中心化、最终一致性。
6. 故障转移源码剖析
当 Master 宕机时，Cluster 的转移逻辑如下：
- 检测故障
// cluster.c
if (node->flags & (CLUSTER_NODE_FAIL | CLUSTER_NODE_PFAIL)) {
// 标记为下线
}- Slave 竞选新 Master
- 每个 Slave 会尝试升级为 Master。
- 使用投票机制，获得过半节点支持的 Slave 升级。
- 重新分配槽位
// cluster.c
clusterFailoverReplaceYourMaster(); 执行槽位迁移，客户端可继续访问。
- 客户端感知
- 客户端收到
MOVED / ASK，刷新槽位映射。
7. 总结
本文深入分析了 Redis 高可用与集群原理：
- Sentinel：实现了自动故障转移，基于 SDOWN/ODOWN 和选举机制。
- Cluster：通过哈希槽实现数据分片和自动转移。
- Gossip 协议：支撑集群中节点间的通信和状态同步。
- 源码剖析：揭示了 Redis 在
sentinel.c、cluster.c 中的故障转移实现。
📌 下一步可以写 Redis 持久化（RDB/AOF）与复制原理，这样整个高可用 + 数据可靠性体系就完整了。 |
发表于 2025-9-17 11:55:51