Redis集群到底是怎么运作的，底层机制和细节聊聊

Redis集群的运作方式，可以把它想象成一个团队合作完成一项大任务，它的核心目标是把海量数据分散存储，同时保证高可用,下面聊聊它底层的几个关键机制。

数据是怎么分片的？ 它不是简单地把数据随便分到不同服务器，Redis集群引入了 “哈希槽” 的概念（来源：Redis官方文档），你可以把整个集群想象成一个有16384个抽屉的大柜子，每个抽屉就是一个哈希槽，当你要存一个数据时，集群会用CRC16算法对数据的键（key）计算出一个值，然后对这个值取模16384，最终决定这个数据应该放在哪个编号的“抽屉”里，集群中的每个主节点都负责管理其中一部分抽屉（哈希槽），比如一个三主节点的集群，可能分别负责0-5460、5461-10922、10923-16383号槽，这种做法的好处是，数据分片的规则清晰、均匀，并且易于管理，当需要增加或删除节点时，可以以“槽”为单位进行移动,而不是杂乱无章地搬动单个数据。

节点之间如何知道彼此的状态？ 集群中的每个节点都维护着一份集群的“地图”，这份地图记录了哪些节点负责哪些槽、节点是上线还是下线等信息（来源：Redis官方文档《集群规范》），节点间通过一种叫做 Gossip协议 的机制来通信，这就像办公室里的“小道消息传播”，每个节点定期随机选择几个其他节点，互相交换自己知道的信息，通过这种看似随机的闲聊，经过一段时间，整个集群的所有节点最终都能获得一份完整的、一致的状态视图，这保证了即使某个节点暂时联系不上另一个节点,它也能通过第三方知道集群的整体情况。

第三，客户端如何访问正确的数据？ 客户端在连接集群时，会先获取一份最新的“槽位-节点”映射表，当它要访问某个键时，会先用同样的算法计算出这个键属于哪个槽，然后直接去负责这个槽的节点上操作，如果客户端拿到的映射表是旧的，它可能会找错节点，这时，那个节点会告诉客户端“这个数据不归我管，它现在在X节点那里”，并返回一个MOVED错误和正确的地址（来源：Redis官方文档《集群教程》），客户端收到这个指令后，就会更新自己的映射表，然后转向正确的节点重新发起请求,这个机制使得客户端能够自适应集群结构的变化。

第四，也是最重要的，故障了怎么办？ 集群中每个主节点都可以有一个或多个从节点，主节点负责处理槽，从节点则复制主节点的数据，集群会通过节点间的心跳（PING/PONG消息）来检测健康状态，如果某个节点A在长时间内收不到主节点B的回复，节点A就会把节点B标记为“疑似下线”，并把这条怀疑信息通过Gossip协议传播出去，当集群中大多数主节点都认为节点B失联时，节点B就会被正式标记为“客观下线”（来源：Redis官方文档《集群规范》），这时，故障转移就会触发：节点B的从节点们会开始选举，其中一个从节点会升级为新的主节点，并接管旧主节点负责的所有哈希槽，整个过程是自动的,从而保证了服务的高可用性。

如何保证数据一致性？ 在故障转移的场景下，由于主从复制是异步的，旧主节点可能还有一部分数据没来得及同步给从节点就宕机了，这意味着新主节点上的数据可能不是最新的，Redis集群选择的是优先保证可用性，它会正常完成故障转移，让服务尽快恢复，但可能会丢失一部分最新的写入数据，应用层面需要根据业务场景,权衡这种潜在的数据丢失风险。

Redis集群通过哈希槽分片来分布数据，通过Gossip协议来同步状态，依靠智能客户端与重定向机制来路由请求，并利用主从复制与故障选举来应对节点故障，这一套组合拳，让它能在多个节点间协同工作，即使部分节点失效,整体服务依然能维持运行。