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宫粽号：堆栈future

Redis Cluster Hash Slot和Hash Tag介绍

干货：[宫粽号：堆栈future]

Redis Cluster介绍

Redis Cluster Hash Slot原理

Redis Cluster Hash Tag原理

Redis Cluster集群介绍

你可以这么理解，就是切片集群或者分片集群，用来存储大量数据的。为什么redis要使用它呢？redis的Master-Slave集群不行吗？这个也可以很简单的理解，因为后者是主备存储，前者是集群存储。

主备存储目的就是两个，一个就是防止主从任意一个节点挂掉而导致服务不可用；另一个作用就是缓解读写压力，所有的读取数据的操作不但master可以承担，所有的从节点也可以去承担，这样对于读多写少的场景非常适合，所有的写可以直接写入master节点，然后通过rdb和buffer模式同步给从节点，这样保证整个主备集群数据都是一致的。

但是主备有个缺陷就是无法保存大量数据，因为一旦Master数据超过几十G之后，那么不管是主从集群rdb同步还是命令写入都是非常高危的，严重的情况下会导致主备集群直接不可用，因此为了解决这个问题，redis官方引入了Redis Cluster，它完全可以解决大量数据存储问题。

1. Redis Cluster的目标

2. Redis Cluster的命令集

Redis Cluster实现了所有在非分布式Redis版本(单机或者主备)中出现的处理单一键值的命令。

那些使用多个键值的复杂操作，比如set里的并集（unions）和交集（intersections）操作，就没有实现。

Redis Cluster不像单机版本的Redis那样支持多个数据库，集群只有数据库0，而且也不支持SELECT命令。

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3. Redis Cluster 通信协议

在 Redis Cluster中，节点负责存储数据、记录集群的状态（包括键值对到正确节点的映射）。集群节点同样能自动发现其他节点，检测出没正常工作的节点，并且在需要的时候在从节点中选出主节点。

为了执行这些任务，所有的集群节点都通过TCP连接和一个二进制协议（集群连接，cluster bus）建立通信。这样每一个节点都通过集群连接（cluster bus）与集群上的其余每个节点连接起来。连接上之后所有节点使用一个来传播集群的信息，这样可以：发现新的节点、 发送ping包（用来确保所有节点都在正常工作中）、在特定情况发生时发送集群消息。集群连接也用于在集群中发布或订阅消息。

由于集群节点不能代理请求，客户端可能被重定向到其他节点使用重定向错误-MOVED和-ASK。从理论上讲，客户端可以自由地向集群中的所有节点发送请求，并在需要时被重定向，因此客户端不需要保存集群的状态。然而，能够缓存键和节点之间的映射的客户端可以提高处理请求性能。

4. Redis Cluster key如何存储

Redis Cluster方案采用哈希槽（Hash Slot）来处理数据和实例之间的映射关系。在Redis Cluster方案中，一个切片集群共有16384个哈希槽，这些哈希槽类似于数据分区，每个键值对都会根据它的key被映射到一个哈希槽中。

具体的映射过程分为两大步：首先根据键值对的key按照CRC16算法计算一个16bit的值；然后再用这个16bit值对16384取模，得到0~16383范围内的模数，每个模数代表一个相应编号的哈希槽。

那么，这些哈希槽又是如何被映射到具体的Redis实例上的呢？

我们在部署Redis Cluster方案时，可以使用cluster create命令创建集群，此时Redis会自动把这些槽平均分布在集群实例上。例如，如果集群中有N个实例，那么每个实例上的槽个数为16384/N个。当然我们也可以使用cluster meet命令手动建立实例间的连接，形成集群，再使用cluster addslots命令，指定每个实例上的哈希槽个数。

一张图来解释一下，数据、哈希槽、实例这三者的映射分布情况:

图中的切片集群一共有3个实例，同时假设有5个哈希槽，我们首先可以通过下面的命令手动分配哈希槽：实例1保存哈希槽0和1，实例2保存哈希槽2和3，实例3保存哈希槽4。

在集群运行的过程中，key1和key2计算完CRC16值后，对哈希槽总个数5取模，再根据各自的模数结果，就可以被映射到对应的实例1和实例3上了。另外，在手动分配哈希槽时，需要把16384个槽都分配完，否则Redis集群无法正常工作。

那客户端如何访问呢？

我们上面说过了，Redis Cluster通过重定向错误来处理的。所谓的“重定向”，就是指，客户端给一个实例发送数据读写操作时，这个实例上并没有相应的数据，客户端要再给一个新实例发送操作命令。那客户端又是怎么知道重定向时的新实例的访问地址呢？当客户端把一个键值对的操作请求发给一个实例时，如果这个实例上并没有这个键值对映射的哈希槽，那么，这个实例就会给客户端MOVED命令响应结果，这个结果中就包含了新实例的访问地址。

其中，MOVED命令表示，客户端请求的键值对所在的哈希槽13320，实际是在172.16.19.5这个实例上。通过返回的MOVED命令，就相当于把哈希槽所在的新实例的信息告诉给客户端了。这样一来，客户端就可以直接和172.16.19.5连接，并发送操作请求了。

如果这个时候你访问的数正在做迁移，那么就会报错ASK：

这个结果中的ASK命令就表示，客户端请求的键值对所在的哈希槽13320，在172.16.19.5这个实例上，但是这个哈希槽正在迁移。此时，客户端需要先给172.16.19.5这个实例发送一个ASKING命令。这个命令的意思是，让这个实例允许执行客户端接下来发送的命令。然后，客户端再向这个实例发送GET命令，以读取数据。

5. Redis Cluster hash tag的作用

Redis Cluster在计算hash slot的时候，会同时计算一个特例就是。这个作用是什么呢？是确保两个键都在同一个哈希槽里。那如何确保这个事情呢？先看一段C源码：

这段代码不管你会不会C应该都能看懂，非常简单，大家跟着注释把它看完。

大致作用如下：基本来说，如果一个键包含一个“{…}”这样的模式，只有{ 和 }之间的字符串会被用来做哈希以获取哈希槽。但是由于可能出现多个{ 或 }，计算的算法如下：

只有在第一个{ 和它右边第一个 }之间的内容会被用来计算哈希值，如果中间内容是空，那么整个键会被计算，来看如下例子：

按照这个算法，如果一个键是以{}开头的话，那么就当作整个键会被用来计算哈希值。

所以大家想把某个用户的所有相关的键映射到同一个哈希槽里的话，那么你按照这种方式就可以实现，是不是很简单！

               

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