Redis集群架构与数据分片

Redis集群采用去中心化架构，通过数据分片实现水平扩展，每个节点负责一部分数据。

集群架构设计

架构特点

• 去中心化：无中心代理节点，所有节点对等
• 数据分片：16384个槽位分散到多个节点
• 高可用：主从复制+自动故障转移
• 线性扩展：节点增加，容量和性能线性增长

节点角色

主节点(Master)：负责读写，持有槽位
从节点(Replica)：负责复制，可分担读请求

最小集群配置

最少节点：6个（3主3从）
主节点数：建议奇数（3/5/7）
从节点数：每个主节点至少1个从节点

槽位机制

槽位分配

总槽位数：16384（0-16383）
分配规则：每个主节点负责一部分槽位
计算公式：slot = CRC16(key) % 16384

槽位分布示例

节点M1：槽位 0-5460
节点M2：槽位 5461-10922
节点M3：槽位 10923-16383

槭位查看命令

# 查看key所在槽位
CLUSTER KEYSLOT mykey

# 查看槽位所属节点
CLUSTER SLOTS

# 查看节点信息
CLUSTER NODES

数据分片策略

基于哈希的分片

CRC16(key) mod 16384 → 槽位 → 节点

哈希标签(Hash Tags)

基本语法

{tag}部分参与哈希计算
key{tag}:field → 只计算tag的哈希值

使用场景

user:1000:profile → 槽位A
user:1000:orders → 槽位B（可能不同节点）

user{1000}:profile → 槽位C
user{1000}:orders → 槽位C（相同节点）

使用哈希标签可将相关数据分配到同一节点，支持多键操作。

代码示例

# 设置哈希标签
SET user{1000}:name "Alice"
SET user{1000}:email "alice@example.com"

# 多键操作
MGET user{1000}:name user{1000}:email

集群配置

节点配置文件

# redis.conf
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
cluster-announce-ip 192.168.1.100
cluster-announce-port 7000
cluster-announce-bus-port 17000

集群创建命令

# 创建集群（Redis 5.0+）
redis-cli --cluster create \
  192.168.1.101:7000 192.168.1.102:7000 192.168.1.103:7000 \
  192.168.1.101:7001 192.168.1.102:7001 192.168.1.103:7001 \
  --cluster-replicas 1

集群管理命令

# 查看集群信息
CLUSTER INFO

# 查看节点信息
CLUSTER NODES

# 查看从节点
CLUSTER REPLICAS <node-id>

# 故障转移
CLUSTER FAILOVER

数据分布优化

数据倾斜问题

• 某节点槽位数据量过大
• 热点key集中在少数槽位
• 大key导致单个节点压力

解决方案

# 查看各节点key数量
redis-cli -c -h <ip> -p <port> CLUSTER NODES

# 使用哈希标签分散热点
hot{1}:data, hot{2}:data, hot{3}:data

# 大key拆分
bigkey:field1, bigkey:field2 →
bigkey:1:field1, bigkey:2:field2

集群限制

集合运算(SUNION、SINTER、SDIFF)要求所有key在同一节点。

要点总结

• 集群使用16384个槽位分散数据，CRC16(key)%16384计算槽位
• 哈希标签{tag}保证相关数据分配到同一节点
• 最小配置3主3从，主节点数建议奇数
• 多键操作、事务、Lua脚本需要key在同槽位
• 注意数据倾斜问题，合理使用哈希标签分散热点
• 集群只支持DB0，不支持多数据库