Redis 集羣（Redis Cluster）是 Redis 3.0 版本推出的 Redis 集羣方案，它將數據分佈在不同的服務區上，以此來降低系統對單主節點的依賴，並且可以大大的提高 Redis 服務的讀寫性能。
Redis 將所有的數據分爲 16384 個 slots(槽)，每個節點負責其中的一部分槽位，當有 Redis 客戶端連接集羣時，會得到一份集羣的槽位配置信息，這樣它就可以直接把請求命令發送給對應的節點進行處理。
Redis Cluster 是無代理模式去中心化的運行模式，客戶端發送的絕大數命令會直接交給相關節點執行，這樣大部分情況請求命令無需轉發，或僅轉發一次的情況下就能完成請求與響應，所以集羣單個節點的性能與單機 Redis 服務器的性能是非常接近的，因此在理論情況下，當水平擴展一倍的主節點就相當於請求處理的性能也提高了一倍，所以 Redis Cluster 的性能是非常高的。
Redis Cluster 架構圖如下所示：
搭建Redis集羣
Redis Cluster 的搭建方式有兩種：
- 使用 Redis 源碼中提供的 create-cluster 工具快速的搭建 Redis 集羣環境。
- 通過配置文件的方式手動搭建 Redis 集羣環境。
具體實現如下。
1.快速搭建Redis集羣
create-cluster 工具在 utils/create-cluster 目錄下，如下圖所示：
使用命令 ./create-cluster start 就可以急速創建一個 Redis 集羣，執行如下：
$ ./create-cluster start # 創建集羣
Starting 30001
Starting 30002
Starting 30003
Starting 30004
Starting 30005
Starting 30006
接下來我們需要把以上創建的 6 個節點通過 create 命令組成一個集羣，執行如下：
[@iZ2ze0nc5n41zomzyqtksmZ:create-cluster]$ ./create-cluster create # 組建集羣
>>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
Master[0] -> Slots 0 - 5460
Master[1] -> Slots 5461 - 10922
Master[2] -> Slots 10923 - 16383
Adding replica 127.0.0.1:30005 to 127.0.0.1:30001
Adding replica 127.0.0.1:30006 to 127.0.0.1:30002
Adding replica 127.0.0.1:30004 to 127.0.0.1:30003
>>> Trying to optimize slaves allocation for anti-affinity
[WARNING] Some slaves are in the same host as their master
M: 445f2a86fe36d397613839d8cc1ae6702c976593 127.0.0.1:30001
slots:[0-5460] (5461 slots) master
M: 63bb14023c0bf58926738cbf857ea304bff8eb50 127.0.0.1:30002
slots:[5461-10922] (5462 slots) master
M: 864d4dfe32e3e0b81a64cec8b393bbd26a65cbcc 127.0.0.1:30003
slots:[10923-16383] (5461 slots) master
S: 64828ab44566fc5ad656e831fd33de87be1387a0 127.0.0.1:30004
replicates 445f2a86fe36d397613839d8cc1ae6702c976593
S: 0b17b00542706343583aa73149ec5ff63419f140 127.0.0.1:30005
replicates 63bb14023c0bf58926738cbf857ea304bff8eb50
S: e35f06ca9b700073472d72001a39ea4dfcb541cd 127.0.0.1:30006
replicates 864d4dfe32e3e0b81a64cec8b393bbd26a65cbcc
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes
>>> Nodes configuration updated
>>> Assign a different config epoch to each node
>>> Sending CLUSTER MEET messages to join the cluster
Waiting for the cluster to join
.
>>> Performing Cluster Check (using node 127.0.0.1:30001)
M: 445f2a86fe36d397613839d8cc1ae6702c976593 127.0.0.1:30001
slots:[0-5460] (5461 slots) master
1 additional replica(s)
M: 864d4dfe32e3e0b81a64cec8b393bbd26a65cbcc 127.0.0.1:30003
slots:[10923-16383] (5461 slots) master
1 additional replica(s)
S: e35f06ca9b700073472d72001a39ea4dfcb541cd 127.0.0.1:30006
slots: (0 slots) slave
replicates 864d4dfe32e3e0b81a64cec8b393bbd26a65cbcc
S: 0b17b00542706343583aa73149ec5ff63419f140 127.0.0.1:30005
slots: (0 slots) slave
replicates 63bb14023c0bf58926738cbf857ea304bff8eb50
M: 63bb14023c0bf58926738cbf857ea304bff8eb50 127.0.0.1:30002
slots:[5461-10922] (5462 slots) master
1 additional replica(s)
S: 64828ab44566fc5ad656e831fd33de87be1387a0 127.0.0.1:30004
slots: (0 slots) slave
replicates 445f2a86fe36d397613839d8cc1ae6702c976593
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.
在執行的過程中會詢問你是否通過把 30001、30002、30003 作爲主節點，把 30004、30005、30006 作爲它們的從節點，輸入 yes 後會執行完成。
我們可以先使用 redis-cli 連接到集羣，命令如下：
$ redis-cli -c -p 30001
在使用 nodes 命令來查看集羣的節點信息，命令如下：
127.0.0.1:30001> cluster nodes
864d4dfe32e3e0b81a64cec8b393bbd26a65cbcc 127.0.0.1:30003@40003 master - 0 1585125835078 3 connected 10923-16383
e35f06ca9b700073472d72001a39ea4dfcb541cd 127.0.0.1:30006@40006 slave 864d4dfe32e3e0b81a64cec8b393bbd26a65cbcc 0 1585125835078 6 connected
0b17b00542706343583aa73149ec5ff63419f140 127.0.0.1:30005@40005 slave 63bb14023c0bf58926738cbf857ea304bff8eb50 0 1585125835078 5 connected
63bb14023c0bf58926738cbf857ea304bff8eb50 127.0.0.1:30002@40002 master - 0 1585125834175 2 connected 5461-10922
445f2a86fe36d397613839d8cc1ae6702c976593 127.0.0.1:30001@40001 myself,master - 0 1585125835000 1 connected 0-5460
64828ab44566fc5ad656e831fd33de87be1387a0 127.0.0.1:30004@40004 slave 445f2a86fe36d397613839d8cc1ae6702c976593 0 1585125835000 4 connected
可以看出 30001、30002、30003 都爲主節點，30001 對應的槽位是 0-5460，30002 對應的槽位是 5461-10922，30003 對應的槽位是 10923-16383，總共有槽位 16384 個 (0 ~ 16383)。
create-cluster 搭建的方式雖然速度很快，但是該方式搭建的集羣主從節點數量固定以及槽位分配模式固定，並且安裝在同一臺服務器上，所以只能用於測試環境。
我們測試完成之後，可以使用以下命令，關閉並清理集羣：
$ ./create-cluster stop # 關閉集羣
Stopping 30001
Stopping 30002
Stopping 30003
Stopping 30004
Stopping 30005
Stopping 30006
$ ./create-cluster clean # 清理集羣
2.手動搭建Redis集羣
由於 create-cluster 本身的限制，在實際生產環境中我們需要使用手動添加配置的方式搭建 Redis 集羣，爲此我們先要把 Redis 安裝包複製到 node1 到 node6 文件中，因爲我們要安裝 6 個節點，3 主 3 從，如下圖所示：
接下來我們進行配置並啓動 Redis 集羣。
2.1 設置配置文件
我們需要修改每個節點內的 redis.conf 文件，設置 cluster-enabled yes 表示開啓集羣模式，並且修改各自的端口，我們繼續使用 30001 到 30006，通過 port 3000X 設置。
2.2 啓動各個節點
redis.conf 配置好之後，我們就可以啓動所有的節點了，命令如下：
cd /usr/local/soft/mycluster/node1
./src/redis-server redis.conf
2.3 創建集羣並分配槽位
之前我們已經啓動了 6 個節點，但這些節點都在各自的集羣之內並未互聯互通，因此接下來我們需要把這些節點串連成一個集羣，併爲它們指定對應的槽位，執行命令如下：
redis-cli --cluster create 127.0.0.1:30001 127.0.0.1:30002 127.0.0.1:30003 127.0.0.1:30004 127.0.0.1:30005 127.0.0.1:30006 --cluster-replicas 1
其中 create 後面跟多個節點，表示把這些節點作爲整個集羣的節點，而 cluster-replicas 表示給集羣中的主節點指定從節點的數量，1 表示爲每個主節點設置一個從節點。
在執行了 create 命令之後，系統會爲我們指定節點的角色和槽位分配計劃，如下所示：
>>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
Master[0] -> Slots 0 - 5460
Master[1] -> Slots 5461 - 10922
Master[2] -> Slots 10923 - 16383
Adding replica 127.0.0.1:30005 to 127.0.0.1:30001
Adding replica 127.0.0.1:30006 to 127.0.0.1:30002
Adding replica 127.0.0.1:30004 to 127.0.0.1:30003
>>> Trying to optimize slaves allocation for anti-affinity
[WARNING] Some slaves are in the same host as their master
M: bdd1c913f87eacbdfeabc71befd0d06c913c891c 127.0.0.1:30001
slots:[0-5460] (5461 slots) master
M: bdd1c913f87eacbdfeabc71befd0d06c913c891c 127.0.0.1:30002
slots:[5461-10922] (5462 slots) master
M: bdd1c913f87eacbdfeabc71befd0d06c913c891c 127.0.0.1:30003
slots:[10923-16383] (5461 slots) master
S: bdd1c913f87eacbdfeabc71befd0d06c913c891c 127.0.0.1:30004
replicates bdd1c913f87eacbdfeabc71befd0d06c913c891c
S: bdd1c913f87eacbdfeabc71befd0d06c913c891c 127.0.0.1:30005
replicates bdd1c913f87eacbdfeabc71befd0d06c913c891c
S: bdd1c913f87eacbdfeabc71befd0d06c913c891c 127.0.0.1:30006
replicates bdd1c913f87eacbdfeabc71befd0d06c913c891c
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept):
從以上信息可以看出，Redis 打算把 30001、30002、30003 設置爲主節點，併爲他們分配的槽位，30001 對應的槽位是 0-5460，30002 對應的槽位是 5461-10922，30003 對應的槽位是 10923-16383，並且把 30005 設置爲 30001 的從節點、30006 設置爲 30002 的從節點、30004 設置爲 30003 的從節點，我們只需要輸入 yes 即可確認並執行分配，如下所示：
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes
>>> Nodes configuration updated
>>> Assign a different config epoch to each node
>>> Sending CLUSTER MEET messages to join the cluster
Waiting for the cluster to join
....
>>> Performing Cluster Check (using node 127.0.0.1:30001)
M: 887397e6fefe8ad19ea7569e99f5eb8a803e3785 127.0.0.1:30001
slots:[0-5460] (5461 slots) master
1 additional replica(s)
S: abec9f98f9c01208ba77346959bc35e8e274b6a3 127.0.0.1:30005
slots: (0 slots) slave
replicates 887397e6fefe8ad19ea7569e99f5eb8a803e3785
S: 1a324d828430f61be6eaca7eb2a90728dd5049de 127.0.0.1:30004
slots: (0 slots) slave
replicates f5958382af41d4e1f5b0217c1413fe19f390b55f
S: dc0702625743c48c75ea935c87813c4060547cef 127.0.0.1:30006
slots: (0 slots) slave
replicates 3da35c40c43b457a113b539259f17e7ed616d13d
M: 3da35c40c43b457a113b539259f17e7ed616d13d 127.0.0.1:30002
slots:[5461-10922] (5462 slots) master
1 additional replica(s)
M: f5958382af41d4e1f5b0217c1413fe19f390b55f 127.0.0.1:30003
slots:[10923-16383] (5461 slots) master
1 additional replica(s)
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.
顯示 OK 表示整個集羣就已經成功啓動了。
接下來，我們使用 redis-cli 連接並測試一下集羣的運行狀態，代碼如下：
$ redis-cli -c -p 30001 # 連接到集羣
127.0.0.1:30001> cluster info # 查看集羣信息
cluster_state:ok # 狀態正常
cluster_slots_assigned:16384 # 槽位數
cluster_slots_ok:16384 # 正常的槽位數
cluster_slots_pfail:0
cluster_slots_fail:0
cluster_known_nodes:6 # 集羣的節點數
cluster_size:3 # 集羣主節點數
cluster_current_epoch:6
cluster_my_epoch:1
cluster_stats_messages_ping_sent:130
cluster_stats_messages_pong_sent:127
cluster_stats_messages_sent:257
cluster_stats_messages_ping_received:122
cluster_stats_messages_pong_received:130
cluster_stats_messages_meet_received:5
cluster_stats_messages_received:257
相關字段的說明已經標識在上述的代碼中了，這裏就不再贅述。
課後思考
通過以上方式我們已經可以搭建 Redis 集羣了，那麼如何給集羣動態添加和刪除節點呢？Redis 集羣中如何實現數據重新分片呢？Redis 故障轉移的流程是啥？Redis 如何選擇主節點的？
本文已收錄到我的面試小站 www.javacn.site，其中包含的內容有：Redis、JVM、併發、併發、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、設計模式、消息隊列等模塊。