Redis Cluster `ASK` 重定向：客户端分片跳转的机制

各位观众，老铁们，大家好！今天咱们聊聊 Redis Cluster 里一个挺有意思的机制：ASK 重定向。这玩意儿听起来好像在问路，实际上也差不多，它告诉客户端：“嘿，老兄，你要的数据不在这里，去那边问问！”

在深入 ASK 之前，咱们先回顾一下 Redis Cluster 的基本概念，好让大家心里有个底。

Redis Cluster：分片的世界

Redis Cluster 解决的核心问题是海量数据存储和高可用性。它把数据分散存储在多个 Redis 节点上，每个节点负责一部分数据，这就是分片。

数据分片方式：哈希槽 (Hash Slot)

Redis Cluster 采用哈希槽的方式进行数据分片。总共有 16384 个哈希槽 (0-16383)。当你存入一个 key-value 对时，Redis 会先对 key 进行 CRC16 校验，然后将结果对 16384 取模，得到 key 对应的哈希槽。

slot = CRC16(key) % 16384

每个 Redis 节点负责一部分哈希槽。例如：
- 节点 A：负责 0 – 5460 号哈希槽
- 节点 B：负责 5461 – 10922 号哈希槽
- 节点 C：负责 10923 – 16383 号哈希槽
这样，通过 key 就能确定数据存储在哪个节点上。
客户端如何知道数据在哪里？

客户端连接到 Redis Cluster 中的任意一个节点，该节点会返回一个集群拓扑信息，包含每个节点负责的哈希槽范围。客户端会将这个信息缓存在本地，下次再访问时，就可以直接根据 key 计算出哈希槽，然后找到对应的节点。

如果客户端访问的节点不是负责该哈希槽的节点，会收到一个 MOVED 重定向，告诉客户端应该去哪个节点访问。

MOVED <slot> <ip>:<port>

客户端收到 MOVED 后，会更新本地缓存的集群拓扑信息，然后重定向到新的节点。

ASK 重定向：迁移过程中的小插曲

ASK 重定向和 MOVED 重定向类似，也是告诉客户端数据不在当前节点。但是，ASK 的出现场景和含义与 MOVED 有很大不同。

MOVED：数据已经彻底搬家

MOVED 表示数据已经从一个节点迁移到另一个节点，并且旧节点已经不再负责该哈希槽。客户端应该永久性地更新本地缓存，以后都去新的节点访问。
ASK：数据正在搬家

ASK 表示数据正在从一个节点迁移到另一个节点。在迁移过程中，一部分数据可能还在旧节点，一部分数据已经迁移到新节点。客户端应该临时性地去新节点访问。

ASK <slot> <ip>:<port>

注意 ASK 是临时性的，客户端不需要更新本地缓存。下一次访问时，客户端仍然会先尝试访问原来的节点。

为什么需要 ASK？

咱们设想一下，如果没有 ASK，数据迁移会是怎样的场景？

假设节点 A 负责哈希槽 100，现在要把哈希槽 100 迁移到节点 B。

没有 ASK 的情况：
- 客户端访问节点 A，请求 key 在哈希槽 100 中的数据。
- 节点 A 停止对外提供哈希槽 100 的服务，并返回 MOVED 重定向给客户端，告诉客户端去节点 B 访问。
- 客户端更新本地缓存，以后都去节点 B 访问。
- 问题： 在客户端更新缓存到节点 A 停止服务这段时间内，如果客户端仍然访问节点 A，就会收到错误，导致服务中断。
有 ASK 的情况：
- 客户端访问节点 A，请求 key 在哈希槽 100 中的数据。
- 节点 A 返回 ASK 重定向给客户端，告诉客户端去节点 B 访问。
- 客户端临时性地去节点 B 访问，并在请求中带上 ASKING 命令。
- 节点 B 收到带有 ASKING 命令的请求后，会从本地查找数据，如果找不到，才会去节点 A 查找（因为数据可能还在节点 A）。
- 客户端下一次访问时，仍然会先尝试访问节点 A，直到节点 A 返回 MOVED 重定向。
优势： 通过 ASK，可以保证数据迁移过程中服务的平滑过渡，避免服务中断。

ASK 的工作流程

数据迁移开始：

Redis Cluster 开始将哈希槽从一个节点迁移到另一个节点。例如，将哈希槽 100 从节点 A 迁移到节点 B。
节点 A 的变化：
- 节点 A 会标记自己正在迁移哈希槽 100。
- 当客户端访问节点 A，请求 key 在哈希槽 100 中的数据时，节点 A 不会立即返回 MOVED 重定向，而是返回 ASK 重定向。
客户端的处理：
- 客户端收到 ASK <slot> <ip>:<port> 重定向。
- 客户端临时性地连接到节点 B。
- 客户端发送 ASKING 命令给节点 B。这是一个重要的步骤，它告诉节点 B 客户端收到了 ASK 重定向，可以从旧节点查找数据。
- 客户端发送实际的请求命令（例如 GET key）给节点 B。
节点 B 的处理：
- 节点 B 收到客户端的请求，先检查是否收到了 ASKING 命令。
- 如果收到了 ASKING 命令，节点 B 会在本地查找数据。
- 如果在本地找不到数据，节点 B 会去节点 A 查找数据（因为数据可能还在节点 A）。
- 如果节点 B 从节点 A 找到了数据，会将数据返回给客户端，并可选地将数据同步到本地。
- 如果节点 B 在节点 A 也找不到数据，则返回 key 不存在的错误。
数据迁移完成：
- 哈希槽 100 完全迁移到节点 B 后，节点 A 会停止返回 ASK 重定向，而是返回 MOVED 重定向。
- 客户端收到 MOVED 重定向后，会更新本地缓存，以后都去节点 B 访问。

ASKING 命令：一把钥匙

ASKING 命令是 ASK 重定向机制中至关重要的一环。它相当于一把钥匙，告诉目标节点（节点 B）：“嘿，老兄，我是收到 ASK 重定向过来的，你可能需要去旧节点（节点 A）查找数据。”

如果没有 ASKING 命令，节点 B 无法区分客户端是正常访问还是收到 ASK 重定向过来的。如果没有 ASKING 命令，节点 B 就不会去节点 A 查找数据，导致客户端无法获取到数据。

代码示例 (Python + redis-py-cluster)

from rediscluster import RedisCluster

# 集群配置
startup_nodes = [
    {"host": "127.0.0.1", "port": "7000"},
    {"host": "127.0.0.1", "port": "7001"},
    {"host": "127.0.0.1", "port": "7002"},
]

# 创建 RedisCluster 客户端
rc = RedisCluster(startup_nodes=startup_nodes, decode_responses=True)

# 模拟数据迁移 (这里只是模拟，实际迁移过程由 Redis Cluster 自动完成)
# 假设 key 'mykey' 对应的哈希槽正在从节点 A 迁移到节点 B

# 正常情况下，客户端会先访问节点 A (假设节点 A 的端口是 7000)
# 如果节点 A 返回 ASK 重定向，客户端需要临时性地连接到节点 B (假设节点 B 的端口是 7001)
# 并发送 ASKING 命令

# 模拟客户端收到 ASK 重定向并处理
try:
    # 尝试从节点 A 获取数据 (这里简化了 ASK 重定向的处理，实际需要根据返回的错误信息判断)
    value = rc.get("mykey")
    print(f"从节点 A 获取到值: {value}")
except Exception as e:
    # 假设收到了 ASK 重定向
    print(f"收到错误: {e}")
    print("正在模拟处理 ASK 重定向...")

    # 模拟连接到节点 B 并发送 ASKING 命令
    import redis
    node_b = redis.Redis(host="127.0.0.1", port=7001, decode_responses=True)
    node_b.execute_command("ASKING")  # 发送 ASKING 命令
    value = node_b.get("mykey")  # 再次尝试获取数据
    print(f"从节点 B (经过 ASKING) 获取到值: {value}")

# 最终，当数据迁移完成后，节点 A 会返回 MOVED 重定向
# 客户端会更新本地缓存，以后都直接访问节点 B

代码解释：

创建 RedisCluster 客户端： 使用 rediscluster 库连接到 Redis Cluster。
模拟数据迁移： 注释部分说明了如何模拟数据迁移的场景。
处理 ASK 重定向：
- try...except 块用于捕获可能出现的错误（例如 redis.exceptions.ResponseError，其中包含了 ASK 重定向的信息）。
- 如果捕获到错误，说明可能收到了 ASK 重定向。
- 创建一个普通的 redis.Redis 客户端连接到目标节点 (节点 B)。
- 使用 node_b.execute_command("ASKING") 发送 ASKING 命令。
- 再次尝试从节点 B 获取数据。

注意事项：

错误处理： 客户端需要正确地解析 Redis Cluster 返回的错误信息，判断是否是 ASK 或 MOVED 重定向。
重试机制： ASK 重定向只是临时性的，客户端应该在一定次数内重试访问原来的节点，直到收到 MOVED 重定向。
客户端库的支持： 不是所有的 Redis 客户端库都完整支持 ASK 重定向。选择一个可靠的、经过充分测试的客户端库非常重要。
性能影响： ASK 重定向会增加一次网络跳转，对性能有一定的影响。但是，为了保证数据迁移的平滑过渡，这种性能损失是可以接受的。

ASK 重定向与 MOVED 重定向的对比

特性	`ASK` 重定向	`MOVED` 重定向
场景	数据正在迁移过程中	数据已经完成迁移
客户端行为	临时性地重定向到新节点，发送 `ASKING` 命令	永久性地重定向到新节点，更新本地缓存
节点行为	目标节点可能需要从旧节点查找数据	目标节点已经完全负责该哈希槽
对性能的影响	稍有影响，增加一次网络跳转	影响较小，只需要更新本地缓存
是否更新缓存	不更新本地缓存	更新本地缓存
数据一致性	保证数据迁移过程中的数据一致性	保证数据迁移后的数据一致性
客户端是否需要发送ASKING命令	是	否
目标节点是否需要检查旧节点的数据	是，如果没有在本地找到	否

总结

ASK 重定向是 Redis Cluster 中一个巧妙的设计，它保证了数据迁移过程中的服务可用性和数据一致性。理解 ASK 重定向的工作原理，可以帮助我们更好地理解 Redis Cluster 的内部机制，并在实际应用中更好地使用 Redis Cluster。

希望今天的讲解对大家有所帮助。记住，下次遇到 ASK 重定向，不要慌，淡定地去目标节点问问路，别忘了带上你的 "钥匙" (ASKING 命令)。

如果大家还有什么问题，欢迎随时提问！感谢各位老铁的观看！

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