面试笔记——Redis（集群方案：主从复制、哨兵模式和分片集群）

主从复制

在 Redis 主从集群中，一个主节点（Master）负责处理客户端的读写请求，而多个从节点（Slave）则负责复制主节点的数据，并对外提供读取服务——解决高并发问题。

主节点（Master）：
- 主节点是集群中的核心节点，负责处理客户端的写入请求（如写入操作、更新操作等）。主节点维护系统的主要数据副本，并负责将写入的数据复制到所有的从节点上。
从节点（Slave）：
- 从节点是主节点的备份节点，负责复制主节点的数据，并对外提供读取服务。从节点通过异步复制的方式从主节点同步数据，并保持与主节点的数据一致性。从节点通常用于处理客户端的读取请求（如查询操作、读取操作等），以分担主节点的读取负载。

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主从数据同步原理

全量同步流程：

从节点请求主节点同步数据（replication id、 offset ）
主节点判断是否是第一次请求，是第一次就与从节点同步版本信息（replication id和offset）
主节点执行bgsave，生成rdb文件后，发送给从节点去执行
在rdb生成执行期间，主节点会以命令的方式记录到缓冲区（一个日志文件）
把生成之后的命令日志文件发送给从节点进行同步

增量同步流程：

从节点请求主节点同步数据，主节点判断不是第一次请求，不是第一次就获取从节点的offset值
主节点从命令日志中获取offset值之后的数据，发送给从节点进行数据同步

哨兵模式

哨兵（Sentinel）机制来实现主从集群的自动故障恢复——解决高可用问题。哨兵的结构和作用如下：

监控：Sentinel 会不断检查您的master和slave是否按预期工作
自动故障恢复：如果master故障，Sentinel会将一个slave提升为master。当故障实例恢复后也以新的master为主
通知：Sentinel充当Redis客户端的服务发现来源，当集群发生故障转移时，会将最新信息推送给Redis的客户端

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服务状态监控：
Sentinel基于心跳机制监测服务状态，每隔1秒向集群的每个实例发送ping命令：

主观下线：如果某sentinel节点发现某实例未在规定时间响应，则认为该实例主观下线。
客观下线：若超过指定数量（quorum）的sentinel都认为该实例主观下线，则该实例客观下线。quorum值最好超过Sentinel实例数量的一半。

哨兵选主规则：

首先判断主与从节点断开时间长短，如超过指定值就排该从节点
然后判断从节点的slave-priority值，越小优先级越高
如果slave-priority一样，则判断slave节点的offset值，越大优先级越高
最后是判断slave节点的运行id大小，越小优先级越高。

脑裂

脑裂（Split Brain）是一种可能发生的问题，它指的是在网络分区或故障发生时，导致集群中的不同部分之间失去了联系，每个部分都认为自己是整个集群的唯一有效部分，从而导致数据不一致和服务不可用的情况。

在脑裂的情况下，Redis 哨兵集群中可能出现以下情况之一：

多个主节点：在网络分区发生时，如果哨兵节点无法互相通信，可能会导致出现多个主节点。每个部分的哨兵节点都会尝试选举新的主节点，导致整个集群中出现多个主节点，这将导致数据不一致和服务不可用。如图：
部分节点失效：在网络分区或节点故障发生时，可能会导致部分哨兵节点失去联系或认为其他节点失效。这可能会导致误将正常的节点标记为失效，从而导致服务中断或数据丢失。如图，若将老的master(左边的redis)强制降为Slave，此时这个Slave就会去新的master中去同步数据，将自己的数据清空，也因此丢掉了脑裂过程中（它还作为master）写入的数据。

避免以上情况的发生：

redis中有两个配置参数：
min-replicas-to-write 1   表示最少的salve节点为1个
min-replicas-max-lag 5  表示数据复制和同步的延迟不能超过5秒

分片集群

分片集群（Shared Cluster）的提出主要解决海量数据存储问题和高并发写的问题。使用分片集群可以解决上述问题，分片集群特征：

集群中有多个master，每个master保存不同数据
每个master都可以有多个slave节点
master之间通过ping监测彼此健康状态
客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会被转发到正确节点

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分片集群结构-数据读写
Redis 分片集群引入了哈希槽的概念，Redis 集群有 16384 个哈希槽，每个 key通过 CRC16 校验后对 16384 取模来决定放置哪个槽，集群的每个节点负责一部分 hash 槽。
读写数据：根据key的有效部分计算哈希值，对16384取余（有效部分，如果key前面有大括号，大括号的内容就是有效部分，如果没有，则以key本身做为有效部分）余数做为插槽，寻找插槽所在的实例
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