Redis 集群架构
Redis 集群由多个主节点（Master）和对应的从节点（Replica）组成，每个节点负责存储部分数据（分片）。采用去中心化的分布式架构，通过分片 (Sharding) 实现数据的分布式存储。
集群架构不需要哨兵节点
特点
| 核心机制 | 技术实现 | 设计目标 |
|---|---|---|
| 分布式数据分片 | 采用 16384 Slot 哈希槽分区，数据按 CRC16(key) mod 16384 分配到不同节点 | 负载均衡 & 水平扩展 |
| 去中心化架构 | 节点间通过 Gossip 协议交换状态（PING/PONG），无单点依赖 | 高可用 & 故障自愈 |
| 主从复制模型 | 每个分片包含 1 主 N 从（建议至少 1 从），主节点故障时从节点自动晋升（Raft 选主） | 数据冗余 & 快速恢复 |
| 客户端重定向 | 客户端直连任意节点，若访问错误分片返回 MOVED 响应并重定向 | 降低代理层开销 |
数据分片
Redis 集群将整个数据空间划分为 16384 个哈希槽（编号 0~16383），每个槽对应一个数据分片。
- 哈希槽
分配算法：slot = CRC16(key) % 16384
定位节点
1. 客户端计算键的哈希槽
2. 查找槽所在节点
3. 直接连接对应节点操作数据
集群维护一个槽到节点的映射表（CLUSTER SLOTS 命令可查看），客户端根据槽号找到对应节点。
动态扩缩容
添加节点：新节点加入时，会从现有节点迁移部分哈希槽（如从 Node A 迁移 1000 个槽到 Node C）。
删除节点：将待删除节点的哈希槽重新分配到其他节点。
集群通信
Redis 集群使用 Gossip 协议传播节点状态信息（如新增节点、故障检测、槽迁移等）
- 每秒随机选择 5 个节点中最久未通信的节点进行 PING
- 携带自身和其他节点的状态信息
- 收到 PING 后回复 PONG 消息
| 消息类型 | 说明 |
|---|---|
| MEET | 手动触发新节点加入集群 |
| PING | 检测节点健康状态，节点定期交换元数据（如槽分配、IP 地址、端口） |
| PONG | 对 PING/MEET 的响应，节点定期交换元数据（如槽分配、IP 地址、端口） |
| FAIL | 广播故障节点信息，通知其他节点某节点已下线，触发故障转移 |
| PUBLISH | 发布订阅消息 |
故障恢复
1、故障检测
主观下线（PFail）：节点 A 发现节点 B 超过 cluster-node-timeout 未响应，标记 B 为 PFail。
客观下线（Fail）：节点 A 通过 Gossip 协议将 PFail 广播给其他节点，若多数节点确认 B 不可达，则标记 B 为 Fail。
2、故障转移
1）故障检测：超过半数主节点确认某主节点下线
2）满足条件的 Replica 选举：
基于 Raft 算法的选举机制
优先选择复制偏移量最大的，数据最新从节点
3）配置更新：新主节点接管槽位并通知集群
3、槽重新分配
新 Master 接管原 Master 的哈希槽。
其他节点更新槽映射表。
生产级集群部署文档
硬件：3 主 3 从，不用哨兵节点，针对大型公司（日活百万级至千万级，QPS 10 万 +）的场景
| 主机名 | IP 地址 | 角色 | 硬件配置 | 服务端口 |
|---|---|---|---|---|
| redis-m1 | 192.168.1.1 | 主节点 1 | 16 核/64GB/1TB | 6379, 16379 (集群总线) |
| redis-m2 | 192.168.1.2 | 主节点 2 | 16 核/64GB/1TB | 6379, 16379 |
| redis-m3 | 192.168.1.3 | 主节点 3 | 16 核/64GB/1TB | 6379, 16379 |
| redis-s1 | 192.168.1.4 | 从节点 1 | 16 核/64GB/1TB | 6379, 16379 |
| redis-s2 | 192.168.1.5 | 从节点 2 | 16 核/64GB/1TB | 6379, 16379 |
| redis-s3 | 192.168.1.6 | 从节点 3 | 16 核/64GB/1TB | 6379, 16379 |
说明：
- 集群共 6 个节点，3 主 3 从，16384 个槽位均匀分布在 3 个主节点。
- 每个从节点为其对应主节点的副本（由集群自动分配，也可手动指定）。
- 所有服务器之间网络互通，防火墙开放 6379（Redis）和 16379（集群总线）端口。
- 主从节点和哨兵节点分开部署，避免资源争用，提高稳定性。
基础配置 - 所有节点
# 设置主机名（根据角色修改）
hostnamectl set-hostname redis-m1 # 主节点 1
hostnamectl set-hostname redis-m2 # 主节点 2
hostnamectl set-hostname redis-m3 # 主节点 3
hostnamectl set-hostname redis-s1 # 从节点 1
hostnamectl set-hostname redis-s2 # 从节点 2
hostnamectl set-hostname redis-s3 # 从节点 3
# 关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
# 或者开放端口
# firewall-cmd --permanent --add-port=6379/tcp --add-port=26379/tcp
# firewall-cmd --reload
# 关闭 SELinux（临时）
setenforce 0
sed -i 's/^SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config
安装 Redis-所有节点
# 方式一：源码编译
cd /usr/local/src
wget https://download.redis.io/releases/redis-7.2.4.tar.gz
tar xzf redis-7.2.4.tar.gz
cd redis-7.2.4
make && make install PREFIX=/usr/local/redis
# 创建数据目录和配置目录
mkdir -p /data/redis/{data,logs,conf,run}
useradd redis -s /sbin/nologin -M
chown -R redis:redis /data/redis /usr/local/redis
# 启动 redis[暂时不启动]
./redis-server /data/redis/conf/redis.conf
配置 Redis 集群节点
主节点配置（redis-m1, redis-m2, redis-m3）
以 redis-m1（192.168.1.1）为例，编辑 /data/redis/conf/redis.conf
# 集群配置
cluster-enabled yes
cluster-config-file /data/redis/conf/nodes-6379.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-announce-ip 192.168.1.1 # 替换为本机 IP
cluster-announce-port 6379 # redis 端口
cluster-announce-bus-port 16379 # redis 集群总线端口
# 以下配置和主从架构一致即可
# 基础配置
# 主节点认证密码（可选，建议设置）
# 持久化配置 RDB+AOF
# AOF 配置（可根据需求选择开启）
# 内存管理（根据实际内存调整，留出系统内存）
启动 redis
./redis-server /data/redis/conf/redis.conf
从节点配置（redis-s1, redis-s2, redis-s3）
从节点配置与主节点基本相同，仅 cluster-announce-ip 需修改为对应 IP。
以 redis-s1（192.168.1.4）为例，配置文件同上，只需将 cluster-announce-ip 改为 192.168.1.4。
# 集群配置
cluster-enabled yes
cluster-config-file /data/redis/conf/nodes-6379.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-announce-ip 192.168.1.4 # 替换为本机 IP
cluster-announce-port 6379
cluster-announce-bus-port 16379
启动 redis
./redis-server /data/redis/conf/redis.conf
集群配置
在任意一台有 redis-cli 的节点（如 redis-m1）执行：
# 列出所有 6 个节点的 IP:端口，为每个主节点分配 1 个从节点。
./redis-cli -a Redis123 --cluster create \
192.168.1.1:6379 192.168.1.2:6379 192.168.1.3:6379 \
192.168.1.4:6379 192.168.1.5:6379 192.168.1.6:6379 \
--cluster-replicas 1
执行后会显示分配方案，确认后输入 yes。
等待片刻，集群创建成功。
验证
查看集群信息
redis-cli -a Redis123 -c -h 192.168.1.1 cluster info
输出示例：
cluster_state:ok
cluster_slots_assigned:16384
cluster_slots_ok:16384
cluster_known_nodes:6
cluster_size:3
查看节点列表
redis-cli -a Redis123 -c -h 192.168.1.1 cluster nodes
应列出 6 个节点，包含主从关系及槽位分配
测试数据读写
redis-cli -a Redis123 -c -h 192.168.1.1 set foo bar
redis-cli -a Redis123 -c -h 192.168.1.1 get foo
高可用测试
- 模拟主节点故障
- 在 redis-m1 上执行后等待 30s：
systemctl stop redis - Redis Cluster 会自动将从节点（例如 redis-s1）提升为新主节点。
- 在 redis-m1 上执行后等待 30s：
- 恢复原主节点
- 启动 redis-m1：
systemctl start redis - 它将作为从节点自动加入集群。
- 启动 redis-m1：
- 手动故障转移
若需将从节点提升为主，可在从节点执行：
redis-cli -a Redis123 -h 192.168.1.4 -p 6379 CLUSTER FAILOVER
性能测试
总写能力：3 个主节点处理写请求，可线性扩展，总写 QPS 约 15 万~24 万（按单节点 5~8 万估算）。
总读能力：如果所有读请求都发送到主节点，则总读 QPS 同样约 15 万24 万；如果允许从节点处理读（通过客户端配置），则总读 QPS 可接近 **30 万48 万**（3 主 +3 从同时服务读，但需注意从节点可能有一定延迟）。
总混合 QPS：在读写比例 2:8 下，总 QPS 可达 20 万~30 万。
