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Cluster & Sentinel

Redis 提供两种高可用解决方案：

  • Redis Sentinel：主从复制的自动故障转移
  • Redis Cluster：水平扩展（分片）加高可用

为什么高可用很重要​

  • 故障不可避免：硬件故障、网络问题、进程崩溃
  • 停机代价高昂：收入损失、用户体验差
  • 扩展需求：单实例受限于内存和 CPU

实际影响：

  • 无高可用：Redis 故障 = 应用停机
  • 使用 Sentinel：数秒内自动故障转移
  • 使用 Cluster：跨多节点扩展到 TB 级数据

主从复制​

架构​

特性：

  • 异步复制：主节点向从节点发送写入（不等待确认）
  • 读扩展：从节点处理读查询
  • 写扩展：受限于主节点（单点故障）

配置​

主节点（redis.conf）：

bind 0.0.0.0
port 6379
requirepass yourpassword

从节点（redis.conf）：

bind 0.0.0.0
port 6380
replicaof <master_ip> 6379
masterauth yourpassword

复制过程​

  1. 从节点连接主节点
  2. 从节点发送 SYNC 命令
  3. 主节点 fork 子进程，创建 RDB 快照
  4. 主节点将 RDB 文件发送给从节点
  5. 主节点发送缓冲的写入（快照期间的新写入）给从节点
  6. 从节点加载 RDB，应用缓冲写入
  7. 持续复制：主节点将新写入发送给从节点

部分重同步​

问题：完全重同步（RDB 快照）对大数据集代价昂贵

解决方案：使用复制偏移量和积压缓冲区进行部分重同步

组件：

  • 复制偏移量：单调递增的数字（已处理的复制流字节数）
  • 复制积压缓冲区：主节点上的固定大小缓冲区（默认 1MB）

过程：

  1. 从节点断连后重新连接
  2. 从节点发送自己的复制偏移量
  3. 如果主节点的积压缓冲区中有该偏移量的数据，发送增量数据
  4. 否则，回退到完全重同步

配置：

# 复制积压缓冲区大小
repl-backlog-size 1mb

# 积压缓冲区 TTL（从节点断连后保留的秒数）
repl-backlog-ttl 3600

Redis Sentinel​

什么是 Sentinel？​

高可用解决方案：监控 Redis 实例、自动故障转移、配置提供者

功能：

  • 监控：检查主节点和从节点是否正常运行
  • 通知：通过 API 发送故障告警
  • 自动故障转移：主节点故障时将从节点提升为主节点
  • 配置提供者：客户端向 Sentinel 查询当前主节点地址

Sentinel 架构​

仲裁（Quorum）：在执行故障转移前，最少需要多少个 Sentinel 同意主节点已下线

Sentinel 配置​

创建 sentinel.conf：

# 监控主节点（sentinel monitor <master_name> <ip> <port> <quorum>）
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2

# 故障转移超时（毫秒）
sentinel failover-timeout mymaster 60000

# 判定下线的毫秒数（无响应）
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000

# 并行同步数（同时与新模式同步的从节点数）
sentinel parallel-syncs mymaster 1

# 密码
sentinel auth-pass mymaster yourpassword

启动 Sentinel：

redis-sentinel /path/to/sentinel.conf
# 或
redis-server /path/to/sentinel.conf --sentinel

至少部署 3 个 Sentinel 实例以保证容错性。

故障转移过程​

步骤：

  1. Sentinel 检测到主节点下线（无 PING 响应）
  2. 多个 Sentinel 同意主节点下线（达到仲裁数）
  3. Sentinel 投票选举领导者（负责协调故障转移）
  4. 领导者将从节点提升为主节点
  5. 领导者重新配置其他从节点从新主节点复制
  6. 旧主节点（如果恢复）成为新主节点的从节点

客户端集成​

客户端向 Sentinel 查询主节点地址：

# 向 Sentinel 查询主节点地址
redis-cli -p 26379 SENTINEL get-master-addr-by-name mymaster
# 返回: <new_master_ip> <new_master_port>

支持 Sentinel 的 Redis 客户端：

  • Java：Lettuce、Jedis
  • Python：redis-py
  • Node.js：ioredis

Sentinel 配置最佳实践​

  1. 至少部署 3 个 Sentinel，分布在不同机器上
  2. 仲裁数 = (Sentinel 数量 / 2) + 1，确保多数同意
  3. 使用奇数个 Sentinel（3、5、7），确保明确的多数
  4. 监控所有 Sentinel（不仅是主节点和从节点）

Redis Cluster​

什么是 Redis Cluster？​

分片解决方案：将数据分布到多个 Redis 节点

特性：

  • 自动分片：数据按 16384 个槽位分配到各节点
  • 高可用：分片内主从复制
  • 水平扩展：添加节点增加容量
  • 分区容错：大多数主节点可达时正常工作

Cluster 架构​

哈希槽：16384 个槽位分布到各主节点

  • 槽位分配：CRC16(key) % 16384
  • 每个主节点处理一部分槽位
  • 客户端重定向到正确的节点

Cluster 配置​

最低要求：3 个主节点（可选从节点）

创建集群（Redis CLI）：

# 创建 3 主节点的集群（无从节点）
redis-cli --cluster create \
  127.0.0.1:7000 \
  127.0.0.1:7001 \
  127.0.0.1:7002 \
  --cluster-replicas 0

# 创建 3 主节点 + 各 1 从节点的集群（共 6 节点）
redis-cli --cluster create \
  127.0.0.1:7000 \
  127.0.0.1:7001 \
  127.0.0.1:7002 \
  127.0.0.1:7003 \
  127.0.0.1:7004 \
  127.0.0.1:7005 \
  --cluster-replicas 1

节点配置（redis.conf）：

# 启用集群模式
cluster-enabled yes

# 集群配置文件（自动生成）
cluster-config-file nodes.conf

# 集群节点超时（毫秒）
cluster-node-timeout 5000

# 绑定地址
cluster-announce-ip <node_ip>
cluster-announce-port 7000
cluster-announce-bus-port 17000

集群操作​

# 检查集群状态
redis-cli -c -p 7000 cluster info

# 列出集群节点
redis-cli -c -p 7000 cluster nodes

# 添加槽位
redis-cli -c -p 7000 cluster addslots {0..5460}

# 重新分片（从节点1迁移到节点2）
redis-cli --cluster reshard <target_ip>:<target_port> \
  --cluster-from <source_node_id> \
  --cluster-to <target_node_id> \
  --cluster-slots 1000 \
  --cluster-yes

Hash Tags​

问题：多键操作（MGET、Lua、事务）要求键在同一节点上

解决方案：Hash Tags 确保键映射到同一槽位

语法：将键的一部分用花括号 {...} 包裹

# user:123:profile 和 user:123:settings 可能在不同槽位
SET user:123:profile "..."
SET user:123:settings "..."

# Hash Tag: {user:123}
SET {user:123}:profile "..."
SET {user:123}:settings "..."
# 两个键映射到同一槽位（对 "user:123" 取哈希）

使用场景：

  • 多键操作：MGET {user:123}:profile {user:123}:settings
  • 事务：MULTI、SET {user:123}:balance ...、EXEC
  • 访问多个键的 Lua 脚本

Cluster vs Sentinel​

特性SentinelCluster
目的高可用（故障转移）分片 + 高可用
扩展方式垂直扩展（更大机器）水平扩展（更多节点）
最大数据量受单节点内存限制多节点内存总和
复杂度简单复杂
多键操作支持（单主节点）受限（必须在同一分片）

面试题​

Q1：Redis Sentinel 和 Redis Cluster 有什么区别？​

答案：Sentinel 为单主架构提供高可用（自动故障转移）。Cluster 提供水平扩展（分片）并内置高可用。

Q2：Redis Sentinel 如何检测主节点故障？​

答案：Sentinel 向主节点发送 PING。如果在 down-after-milliseconds 内无响应，标记为主观下线。如果达到仲裁数（大多数 Sentinel 同意），标记为客观下线并开始故障转移。

Q3：Redis Cluster 如何分片数据？​

答案：使用哈希槽（共 16384 个）。每个主节点分配一部分槽位。键的槽位由 CRC16(key) % 16384 确定。如果键不在当前节点上，客户端重定向到正确的节点。

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