細扣Redis Cluster原理
Redis Cluster 是 Redis 提供的一種分佈式數據存儲解決方案，它能夠將大量數據分佈到多個節點上，實現高可用性和水平擴展。以下是 Redis Cluster 的工作原理及其如何保證數據安全、一致性以及避免髒數據問題的詳細解釋：
工作原理
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數據分片（Slot 分配）：
Redis Cluster 使用了哈希槽（Hash Slot）的概念，將整個鍵空間劃分爲 16384 個槽位。每個鍵通過 CRC16 算法計算得出一個槽位號，並將其分配給集羣中的某個節點。這樣，當客戶端請求一個鍵時，可以通過同樣的算法找到對應的節點進行操作。 -
主從複製與故障轉移：
每個槽由一個主節點負責，主節點可以有零個或多個從節點。主節點負責處理對該槽的所有寫入和讀取操作，而從節點則實時複製主節點的數據以提供冗餘和讀負載均衡。當主節點發生故障時，集羣會自動選舉新的主節點（從節點提升爲主），確保服務的連續性。 -
Gossip 協議：
集羣內部各節點之間使用 Gossip 協議來傳播狀態信息和配置更新。每個節點都有一個全局視圖，用於追蹤集羣中其他節點的狀態，如主從關係、槽歸屬等。通過定期心跳和消息交換，集羣能夠在不引入中心化組件的情況下保持配置的一致性。 -
客戶端直連與重定向：
客戶端直接連接到任意集羣節點發起請求，如果目標鍵所在的槽不屬於該節點，節點會返回 MOVED 或 ASK 錯誤提示，引導客戶端重新連接到正確的節點執行命令。這種機制使得客戶端可以在不知道集羣完整拓撲的情況下透明地訪問數據。
數據安全、一致性和避免髒數據問題
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數據持久化：
Redis 支持 RDB 快照和 AOF 日誌兩種持久化方式。即使在集羣環境下，單個節點上的數據也可以被持久化到磁盤，從而防止意外重啓導致數據丟失。不過，在集羣層面，需要考慮數據分佈的情況，通常推薦對關鍵業務數據設置合理的副本數量以提高數據安全性。 -
強一致性：
Redis Cluster 不支持跨多個鍵事務操作，因此不保證強一致性（ACID 中的 C）。但在單個鍵的操作上，Redis 可以實現線性一致性，因爲集羣內部是通過主從複製來同步數據的。一旦主節點完成寫操作並確認響應客戶端，這個修改會逐漸傳播到所有從節點。 -
避免髒數據：
- 故障轉移時的數據完整性：Redis Cluster 在故障轉移過程中，新當選的主節點會等待足夠的從節點與自己達到同步狀態後，纔會正式成爲主節點對外提供服務，這有助於減少數據不一致的風險。
- 防腦裂保護：Redis Cluster 引入了 Epoch 和 Node Timeout 機制來儘量避免腦裂現象（split-brain），即在網絡分區期間集羣出現兩個獨立的“領導者”。在多數情況下，集羣會選擇關閉連接較少的那一部分，以維持數據的一致性。
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集羣配置一致性：
集羣中的每個節點都維護了一份關於集羣整體狀態的配置信息，這些信息通過 Gossip 協議傳播和更新，最終在集羣內達成一致，以確保各個節點對於槽位分配和主從關係的理解是一致的。
綜上所述，Redis Cluster 通過數據分片、主從複製、Gossip 協議、客戶端重定向機制以及一系列內部保障措施，在一定程度上保證了數據的安全性、一致性和可靠性，同時儘可能減少由於網絡問題、節點失效等情況產生的數據不一致和髒數據。然而，要完全實現分佈式系統中的強一致性，可能還需要結合應用層的事務控制或其他手段。
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文章來源：劉俊濤的博客
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