Redis Cluster 设计要点

架构：无中心

Redis Cluster采用无中心结构，每个节点都保存数据和整个集群的状态
每个节点都和其他所有节点连接，这些连接保持活跃
使用gossip协议传播信息以及发现新节点
node不作为client请求的代理，client根据node返回的错误信息重定向请求

数据分布：预分桶

预分好16384个桶，根据 CRC16(key) mod 16384的值，决定将一个key放到哪个桶中
每个Redis物理结点负责一部分桶的管理，当发生Redis节点的增减时，调整桶的分布即可
例如，假设Redis Cluster三个节点A/B/C，则
Node A 包含桶的编号可以为: 0 到 5500.
Node B 包含桶的编号可以为: 5500 到 11000.
Node C包含桶的编号可以为: 11001 到 16384.
当发生Redis节点的增减时，调整桶的分布即可。
预分桶的方案介于“硬Hash”和“一致性Hash”之间，牺牲了一定的灵活性，但相比“一致性Hash“，数据的管理成本大大降低

可用性：Master-Slave

为了保证服务的可用性，Redis Cluster采取的方案是的Master-Slave
每个Redis Node可以有一个或者多个Slave。当Master挂掉时，选举一个Slave形成新的Master
一个Redis  Node包含一定量的桶，当这些桶对应的Master和Slave都挂掉时，这部分桶对应的数据不可用

写

Redis Cluster使用异步复制
一个完整的写操作步骤：
1.client写数据到master
2.master告诉client “ok”
3.master传播更新到slave
存在数据丢失的风险：
1. 上述写步骤1）和2）成功后，master crash，而此时数据还没有传播到slave
2. 由于分区导致同时存在两个master，client向旧的master写入了数据。
当然，由于Redis Cluster存在超时及故障恢复机制，第2个风险基本上不可能发生

数据迁移

Redis Cluster支持在线增/减节点。
基于桶的数据分布方式大大降低了迁移成本，只需将数据桶从一个Redis Node迁移到另一个Redis Node即可完成迁移。
当桶从一个Node A向另一个Node B迁移时，Node A和Node B都会有这个桶，Node A上桶的状态设置为MIGRATING，Node B上桶的状态被设置为IMPORTING
当客户端请求时：
所有在Node A上的请求都将由A来处理，所有不在A上的key都由Node B来处理。同时，Node A上将不会创建新的key

多key操作

当系统从单节点向多节点扩展时，多key的操作总是一个非常难解决的问题，Redis Cluster方案如下：
1. 不支持多key操作
2. 如果一定要使用多key操作，请确保所有的key都在一个node上，具体方法是使用“hash tag”方案
hash tag方案是一种数据分布的例外情况
Reference：
Redis cluster tutorial
Redis cluster Specification