Redis Cluster原理初步

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1. 前言

截至2016/5/16最新版本的redis-3.2.0仍然非强一致性，基于性能考虑master和它的slaves间数据是异步复制的。另外，一个确定的key总是只会落到确定的master，除非使用redis-trib.rb等工具修改slots和master间的绑定关系，目前的redis cluste不支持自动从一个master迁移一个slot到另一个master（slaves对slots来说，可以认为和对应的master相同）。

2. 槽（slots）

Redis cluster将所有存储在其上的key通过一个hash算法划分成若干slots，当前为16384个slots，值在cluster.h文件中由宏CLUSTER_SLOSTS指定。

3. 路由配置（node.conf）

存储的内容和redis命令“cluster nodes”的输出相同，即存储了master和slave信息，以及各master存储的slots，亦即slots的路由信息存储在node.conf。

同一Redis cluster中的所有节点的node.conf文件内容最终是一致的。

4. 总slots数（cluster.h:16384）

#define CLUSTER_SLOTS 16384 // 等于（0x3FFF + 1）

 

宏CLUSTER_SLOTS定义了redis cluster的slots数，理论上这个值应当可以修改重编译。其值越大，相对更容易均衡，可支撑更多节点数的集群（实际受限于无中心节点，当然架构的redis cluster节点数不宜过大，否则可能引起网络风暴）。

5. key的路由

-> 将key转成整数值

-> 计算key所在的slot

-> 找到slot所在的master或slaves（redis cluster可配置允许slaves提供读）

-> 转成直接对master或slaves的请求。

 

由于任何一个redis cluster节点都存储了相同内容的node.conf，所以client可以请求任一节点获得slots的路由数据。

而且由于node.conf中包含了master和slaves信息，因此读写操作可以完美的路由到相应的节点。

6. 将key转成整数值（crc16.c:crc16）

Redis使用crc算法将一个字符串转成整数，宏CLUSTER_SLOTS的值是不能超过CRC返回的最大值。

uint16_t crc16(const char *buf, int len) {

    int counter;

    uint16_t crc = 0;

    for (counter = 0; counter < len; counter++)

            crc = (crc<<8) ^ crc16tab[((crc>>8) ^ *buf++)&0x00FF];

    return crc;

}

7. 计算key所在slot（cluster.c:keyHashSlot）

对于一个redis KEY它归属于哪一个slot，这个可以通过函数keyHashSlot()调用计算出来：

unsigned int keyHashSlot(char *key, int keylen) {

    int s, e; /* start-end indexes of { and } */

 

    for (s = 0; s < keylen; s++)

        if (key[s] == '{') break;

 

    /* No '{' ? Hash the whole key. This is the base case. */

    if (s == keylen) return crc16(key,keylen) & 0x3FFF;

 

    /* '{' found? Check if we have the corresponding '}'. */

    for (e = s+1; e < keylen; e++)

        if (key[e] == '}') break;

 

    /* No '}' or nothing betweeen {} ? Hash the whole key. */

    if (e == keylen || e == s+1) return crc16(key,keylen) & 0x3FFF;

 

    /* If we are here there is both a { and a } on its right. Hash

     * what is in the middle between { and }. */

    return crc16(key+s+1,e-s-1) & 0x3FFF; // 3FFF即为16383

}

8. Redis Cluster Client实现

通过上面的信息，不然发现，Redis Cluster Client只是在原来单机版client基础上多了一层薄的路由逻辑。因此可以基于现有的hiredis等实现支持redis cluster的client库。大致过程如下：

class CRedisClusterClient

{

public:

    // nodes Redis集群中的单个或多个节点，格式为：ip1:port1,ip2:port2，如：127.0.0.1:6379,127.0.0.1:6380,192.168.31.11:6379

    CRedisClusterClient(const std::string& nodes);

    void set(const std::string& key, const std::string& value) const;

    void get(const std::string& key, std::string* value);

 

private:

    redisContext* _redis_context; // hiredis

};

 

set()函数实现：

1) CRedisClusterClient从nodes取任一nodeA，如：127.0.0.1:6380

2) 建立与nodeA的连接

3) 从nodeA取得slots路由数据（实现时可缓存这部分数据，以提升性能）

4) 构造slots路由数据表（由于slots总数有限，可以以slot为下标数组方式组织路由表）

5) 计算key所在的slot

6) 找到slot所在的nodeB（对于写操作，要求nodeB为master，有可能碰巧就是nodeA）

7) 使用hiredis访问nodeB（从这步开始和原使用hiredis相同）

8) 取得hiredis返回的结果

 

如果使用hiredis发生网络异常，对于写操作从第3步开始重执行，对于读操作从第6步重选一个node重执行。