Redis 分片集群

  Redis 分片集群是解决海量数据存储、高并发读写和高可用性的分布式方案，其核心原理和实现如下：

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一、核心原理与架构

1. 散列插槽（Hash Slot）机制

   • Redis 集群将数据划分为 16384 个虚拟槽，每个键通过 CRC16(key) % 16384 计算所属插槽。
   • 键的有效部分：若键包含 {}（如 {user}123），则仅计算 {} 内的内容；否则计算整个键。
   • 槽位分配到不同主节点，客户端请求时通过重定向（MOVED 响应）定位目标节点。

2. 去中心化架构

   • 采用 多主多从 模式（推荐 3 主 3 从），节点间通过 Gossip 协议 同步状态。
   • 客户端直连任意节点，无需代理层。

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二、集群搭建步骤（以 6 节点为例）

1. 节点配置

   redis-server --port 7001 --cluster-enabled yes \--cluster-config-file nodes-7001.conf --appendonly yes
   

   • 每个节点需开启集群模式（cluster-enabled yes）并指定元数据文件。

2. 创建集群

   redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 ... \--cluster-replicas 1
   

   • --cluster-replicas 1 表示每个主节点配 1 个从节点。

3. 验证集群

   • 执行 SET/GET 测试跨节点数据读写，通过 redis-cli --cluster check <节点IP:端口> 检查状态。

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三、集群伸缩与数据迁移

1. 扩容（添加节点）

   • 添加新节点：

     redis-cli --cluster add-node <新节点IP:端口> <已有节点IP:端口>
     

   • 迁移槽位：

     redis-cli --cluster reshard <已有节点IP:端口> \--cluster-from <源节点ID> --cluster-to <新节点ID> --cluster-slots <槽数>
     

     • 迁移时槽状态标记为 IMPORTING/MIGRATING，数据分批转移保证原子性。

2. 缩容（删除节点）

   • 先迁移待删节点的槽位至其他节点，再执行：

     redis-cli --cluster del-node <已有节点IP:端口> <待删节点ID>
     

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四、高可用与故障转移

1. 自动故障转移

   • 主节点宕机时，从节点自动升主（需半数以上主节点确认）。
   • 节点间通过 PING-PONG 检测健康状态，超时时间由 cluster-node-timeout 控制（默认 15 秒）。

2. 手动故障转移

   • 在从节点执行 CLUSTER FAILOVER，强制切换主从（适用于维护场景）。

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五、数据迁移方案

1. 官方工具迁移

   • 全量迁移：redis-cli --cluster import 但会导致服务中断。
   • 增量迁移：推荐 Redis-Shake（阿里开源），支持断点续传和实时同步：

     ./redis-shake -type=sync -conf=redis-shake.conf  # 全量+增量同步
     

2. 平滑迁移实践

   • 双写方案：应用层同时写入新旧集群，切换后校验数据一致性。
   • 避坑点：
     • 大 Key 需拆分迁移（如超过 1MB 的 String）。
     • 迁移时监控同步延迟（阈值 <100ms）、内存增长（<70%）。

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六、最佳实践与工具

• 客户端配置：
  • 使用 Jedis/Lettuce 等支持集群的库，设置重试次数（如 maxRedirects=5）。
• 运维工具：
  • 槽位平衡：redis-cli --cluster rebalance。
  • 监控指标：槽位分布、节点状态、网络带宽使用率。

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  通过分片机制，Redis 集群实现了数据的水平扩展和高并发负载均衡，配合主从复制与自动故障转移保障了服务的高可用性。建议在业务低峰期执行扩缩容，并提前测试迁移方案。