Redis Cluster

一、问题定义层（Why）——Redis Cluster 试图解决什么？

1. Redis 单机模型的物理极限

Redis 本质是：

单进程、内存型、事件驱动的 Key-Value 引擎

这一模型带来极高性能的同时，也内生了不可突破的上限：

当数据规模与并发持续增长时，单机 + 主从复制只能解决可用性，而无法解决容量与吞吐扩展。

2. Redis Cluster 的核心目标

Redis Cluster 的目标可以高度抽象为一句话：

在保持 Redis 简单模型的前提下，实现容量与吞吐的水平扩展（Scale Out）

因此，它的设计优先级是：

  1. 可线性扩展
  2. 去中心化
  3. 自动化故障恢复

而不是：

这是一个“缓存系统”的架构选择，而不是“数据库”的选择。

二、核心架构思想（What）——Redis Cluster 的三大不变原则

原则一：数据必须分片（Sharding is Mandatory）

要突破单机极限，唯一出路是：

将 Key 空间切分，分布到多个节点上

这意味着：

从这一刻起，分布式事务被放弃是必然结果，而非实现缺陷。

原则二：拓扑变化必须对客户端最小侵入

集群意味着：

如果客户端需要理解全部拓扑变化，系统将极度复杂。

因此 Redis Cluster 引入了一个稳定的中间抽象层：

Hash Slot（虚拟槽）

原则三：系统必须去中心化

Redis Cluster 明确拒绝：

选择的是：

所有节点平权 + 最终一致的集群视图

这是一个典型的分布式系统工程取舍。

三、机制层（How）——关键设计如何落地

3.1 Slot：稳定抽象边界（Stable Abstraction Boundary）

Slot 的本质

Redis Cluster 固定定义：

Slot 的设计目标不是均匀，而是：

稳定

Slot 作为中间层，完成了三重解耦：

Key  ──▶ Slot ──▶ Node ──▶ Memory

Slot 是人为引入的“稳定边界”，不是数学最优解。

3.2 路由模型：客户端参与的去中心化路由

MOVED：稳定态路由

当客户端访问错误节点时：

这是一种：

将路由状态下推给客户端的设计

优点：

代价：

ASK：过渡态路由

ASK 出现于：

Slot 正在迁移过程中

它的语义是：

这体现了 Redis Cluster 的一个重要哲学：

承认系统处于不稳定中间态，而不是强行隐藏它

3.3 成员管理：Gossip 作为控制平面

去中心化控制平面

Redis Cluster 没有：

而是通过 Gossip 协议：

这意味着：

这是用确定性换取可扩展性的经典模式

四、高可用模型（Failover）——可用性优先的选择

4.1 故障判定

这是一个：

弱共识 + 多数派确认 的模型

4.2 主节点替换

当持有 Slot 的主节点失败：

注意：

Failover 的对象是 Slot，而不是节点本身

五、伸缩机制（Scaling）——在线系统的代价

5.1 扩容的本质

扩容不是“加机器”，而是：

重新分配 Slot 责任

过程包括：

  1. 标记迁移状态
  2. 同步迁移 Key
  3. 更新 Slot 映射

迁移是：

这是在线系统为一致性付出的现实代价。

六、代价层（Trade-off）——必须接受的限制

这些限制不是"缺陷"，而是设计结果。

限制架构根因
多 Key 操作受限数据分片
单 DB简化元数据
Pub/Sub 成本高全节点广播
热点 Key分片粒度固定

七、运维视角：从现象到模式

模式一：去中心化的通信放大

模式二：稳定抽象的迁移成本

模式三：逻辑均匀 ≠ 物理均匀

八、架构定位总结

Redis Cluster 是：

它非常适合：

但不适合：

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