Redis的主从库与切片集群机制

Redis 的主从库和切片集群是两种重要的高可用与扩展性解决方案，分别解决不同场景下的需求：

一、主从库机制（Master-Slave Replication）

主从库是 Redis 实现数据备份和读写分离的基础机制，通过数据复制保证数据一致性。

核心原理

1. 角色分工：

   • 主库（Master）：负责处理所有写操作（SET、HSET 等）和部分读操作。
   • 从库（Slave）：通过复制主库数据，仅处理读操作（GET、HGET 等），减轻主库压力。

2. 数据复制流程：

   • 初始化阶段：从库通过 SLAVEOF 命令连接主库，主库生成 RDB 快照并发送给从库，从库加载快照后，主库再将缓冲区的增量命令同步给从库。
   • 增量同步：主库后续的写操作会实时同步到从库（通过 replication buffer 和 offset 保证数据不丢失）。

3. 优势：

   • 读写分离：读请求分摊到从库，提升系统吞吐量。
   • 数据备份：从库作为主库的副本，避免单点数据丢失风险。
   • 故障转移基础：主库故障时，可通过哨兵（Sentinel）将从库升级为主库。

4. 注意事项：

   • 主从复制默认是异步的，极端情况下可能存在数据短暂不一致。
   • 从库默认只读（slave-read-only yes），避免直接写入从库导致数据混乱。

二、切片集群（Redis Cluster）

当单节点 Redis 无法满足海量数据存储需求时，切片集群（Redis Cluster）通过数据分片实现水平扩展。

核心原理

1. 数据分片：

   • 将数据按 哈希槽（Hash Slot） 分配到不同节点，共 16384 个槽（0-16383）。
   • 键通过 CRC16(key) % 16384 计算所属槽位，每个节点负责一部分槽。

2. 集群拓扑：

   • 由多个主节点组成，每个主节点可挂载从节点（用于故障转移）。
   • 节点间通过 Gossip 协议交换信息，维护集群状态（槽分配、节点健康等）。

3. 请求路由：

   • 客户端请求某键时，若当前节点不负责该键的槽，会返回 MOVED 重定向，指引客户端到正确节点。
   • 支持 ASK 重定向（用于槽迁移过程中）。

4. 优势：

   • 水平扩展：通过增加节点分摊存储和请求压力，突破单节点内存 / 性能瓶颈。
   • 高可用：主节点故障时，其从节点会自动升级为主节点（基于 Raft 协议的投票机制）。

5. 注意事项：

   • 不支持跨槽的多键操作（如 MGET 包含多个槽的键），需手动保证键在同一槽（通过 {tag} 哈希标签）。
   • 集群最小配置为 3 主 3 从（保证高可用）。

三、主从库与切片集群的区别与配合

维度	主从库	切片集群
核心目标	读写分离、数据备份	数据分片、水平扩展
数据分布	主从数据完全一致	数据分片到不同节点
适用场景	读多写少、需要备份的场景	数据量大、需扩展存储的场景

配合使用：在切片集群中，每个主节点通常会配置从节点，既实现数据分片（集群），又通过主从保证单分片的高可用。

总结：主从库解决单节点的读写压力和备份问题，切片集群解决海量数据的存储和扩展问题，两者结合可构建高可用、高扩展的 Redis 系统。