Redis Cluster 的槽迁移（Resharding）过程与原理

好嘞！各位观众老爷，晚上好！我是你们的老朋友，代码界的段子手，今天咱们聊聊 Redis Cluster 里面一个特别有趣，也特别重要的机制：槽迁移，也就是 Resharding。

想象一下，你开了一家特别火爆的小吃店，刚开始生意没那么好，一张桌子就够用了。但随着口碑越来越好，顾客越来越多，一张桌子明显不够用了，顾客都站着吃，影响用餐体验不说，还显得咱们店小气不是？所以，咱们得加桌子！

Redis Cluster 的槽迁移，就相当于咱们小吃店加桌子的过程。当 Redis Cluster 的规模需要扩展或者收缩的时候，数据就需要重新分配，这个重新分配的过程，就是槽迁移。

别担心，这过程一点都不枯燥，咱们把它掰开了，揉碎了，用最接地气的方式，保证各位听完都能笑出声，然后恍然大悟：“原来槽迁移这么简单！”

一、 啥是槽？为啥要槽？

首先，咱们得搞清楚啥是槽（Slot）。 Redis Cluster 把所有的数据分成 16384 个槽（0-16383）。每个 key 通过 CRC16 算法计算出一个哈希值，然后对 16384 取模，得到的就是这个 key 对应的槽号。

SLOT = CRC16(key) mod 16384

这 16384 个槽会被分配给 Redis Cluster 中的各个节点。 举个例子：

槽号范围	节点
0 – 5460	Redis 节点 1
5461 – 10922	Redis 节点 2
10923 – 16383	Redis 节点 3

这样做的好处是，我们不需要维护一个全局的 key 和节点之间的映射关系，只需要知道 key 对应的槽号，就能找到对应的节点。这就好比邮局的邮政编码，你只需要知道地址的邮政编码，就能知道信件该寄到哪个邮局分局。

• 均匀分布： 16384 个槽相对较多，可以保证数据在各个节点上分布得比较均匀，避免数据倾斜。
• 方便扩展： 当需要添加新的节点时，只需要将一部分槽迁移到新的节点上即可，不需要重新计算所有 key 的哈希值。
• 容错性好： 即使某个节点宕机，只会影响到该节点负责的槽，不会影响到整个集群的运行。

如果没有槽，那可就麻烦了。想象一下，你需要在每个节点上都维护一个全局的 key 和节点之间的映射关系，这不仅浪费内存，而且当集群规模变大时，维护成本会变得非常高。

二、 槽迁移的触发时机

啥时候需要进行槽迁移呢？ 一般来说，有两种情况：

1. 集群扩展： 当我们需要向 Redis Cluster 中添加新的节点时，需要将一部分槽迁移到新的节点上，以实现负载均衡。
2. 集群收缩： 当我们需要从 Redis Cluster 中移除某个节点时，需要将该节点上的槽迁移到其他节点上，以保证数据的完整性。

这就好比你的小吃店生意越来越好，原来的三张桌子不够用了，你需要加一张桌子。或者，你觉得一张桌子利用率太低，想撤掉一张桌子。

三、 槽迁移的原理

槽迁移的原理其实并不复杂，主要分为以下几个步骤：

1. 准备阶段：

   • 选择源节点和目标节点： 我们需要选择一个源节点（要迁出槽的节点）和一个目标节点（要迁入槽的节点）。 这就相当于你要把一部分顾客从旧桌子搬到新桌子上。
   • 标记槽状态： 在源节点上，将要迁移的槽标记为 MIGRATING 状态，表示正在迁移中。 在目标节点上，将要迁移的槽标记为 IMPORTING 状态，表示正在导入中。

2. 数据迁移阶段：

   • 遍历槽中的 key： 源节点遍历要迁移的槽中的所有 key。 这就相当于服务员开始清点旧桌子上的所有餐具和食物。
   • DUMP 和 RESTORE： 对每个 key 执行 DUMP 命令，将 key 的值序列化成 RDB 格式。然后，将序列化后的数据通过 RESTORE 命令发送到目标节点。 这就相当于服务员把旧桌子上的餐具和食物打包好，然后送到新桌子上。
   • 删除源节点上的 key： 迁移完成后，从源节点上删除对应的 key。 这就相当于服务员把旧桌子上的餐具和食物都搬走了，旧桌子就可以空出来了。

3. 完成阶段：

   • 更新集群元数据： 当所有 key 都迁移完成后，更新集群的元数据，将槽的所有权从源节点转移到目标节点。 这就相当于告诉所有顾客，以后这个槽对应的 key 都应该到目标节点上访问。

重点来了！ 迁移过程中，如何保证数据的一致性？

在槽迁移的过程中，可能会有客户端向源节点发送请求，访问正在迁移的 key。为了保证数据的一致性，Redis Cluster 使用了一种叫做 “双向重定向” 的机制。

• 当客户端向源节点发送请求时：

  • 如果 key 已经迁移到目标节点，源节点会返回一个 MOVED 错误，告诉客户端 key 已经迁移到哪个节点了。客户端需要重新向目标节点发送请求。
  • 如果 key 正在迁移中，但还没有迁移到目标节点，源节点会先将请求转发到目标节点，由目标节点处理。 这就相当于服务员告诉顾客：“您点的菜正在搬到新桌子上，您先在新桌子上等着，菜马上就来。”

• 当客户端向目标节点发送请求时：

  • 如果 key 还没有迁移过来，目标节点会返回一个 ASK 错误，告诉客户端先向源节点发送一个 ASKING 命令，然后再重新发送请求。 这就相当于服务员告诉顾客：“您点的菜还没搬过来呢，您先跟旧桌子那边说一声，说您要点这个菜，然后我才能给您上菜。”

ASKING 命令的作用是告诉目标节点，客户端已经知道这个 key 正在迁移中，允许目标节点处理这个请求。

用表格总结一下：

客户端请求发送到	Key 的状态	源节点的操作	目标节点的操作	客户端的操作
源节点	已迁移	返回 MOVED 错误	无	重新向目标节点发送请求
源节点	迁移中，未迁移	将请求转发到目标节点	处理请求	无
目标节点	未迁移	无	返回 ASK 错误	先向源节点发送 ASKING 命令，再重新发送请求
目标节点	已迁移	无	处理请求	无

四、 槽迁移的具体流程（图文并茂版）

为了让大家更直观地理解槽迁移的流程，咱们来画个图：

1. 准备阶段：

   • 源节点（Source）：槽 1000 标记为 MIGRATING
   • 目标节点（Target）：槽 1000 标记为 IMPORTING

   +--------+    +--------+
   | Source |    | Target |
   +--------+    +--------+
   | Slot 1000 |    | Slot 1000 |
   | MIGRATING |    | IMPORTING |
   +--------+    +--------+

2. 数据迁移阶段：

   • Source: DUMP key1 -> Serialized Data
   • Source -> Target: Serialized Data
   • Target: RESTORE key1
   • Source: DEL key1

   +--------+    +--------+
   | Source |    | Target |
   +--------+    +--------+
   | key1: val | --> | key1: val |
   | (Deleting)  |    | (Restoring)  |
   +--------+    +--------+

3. 客户端请求处理：

   • Client -> Source: GET key1 (key1 正在迁移)
   • Source -> Target: GET key1 (请求转发)
   • Target: 返回 key1 的值

   +--------+    +--------+    +--------+
   | Client | --> | Source | --> | Target |
   +--------+    +--------+    +--------+
   | GET key1 |    | (Forward) |    | val  |
   +--------+    +--------+    +--------+

4. 完成阶段：

   • 更新集群元数据：槽 1000 的所有权转移到 Target 节点

   +--------+    +--------+
   | Source |    | Target |
   +--------+    +--------+
   |        |    | Slot 1000 |
   |        |    | (Owned)    |
   +--------+    +--------+

五、 槽迁移的注意事项

• 迁移速度： 槽迁移是一个比较耗时的过程，迁移速度会受到网络带宽、节点负载等因素的影响。 在迁移过程中，应该尽量避免对集群进行大规模的读写操作，以免影响迁移速度。
• 迁移中断： 如果在迁移过程中发生故障，导致迁移中断，需要重新启动迁移过程。 为了避免数据丢失，建议在迁移前做好数据备份。
• 最小化对业务的影响： 槽迁移会对业务产生一定的影响，例如客户端需要进行重定向。 为了最小化对业务的影响，应该选择在业务低峰期进行迁移，并尽量减少迁移的槽数量。
• 监控： 在迁移过程中，应该对集群的运行状态进行监控，例如 CPU 使用率、内存使用率、网络带宽等。 如果发现异常情况，应该及时采取措施。

六、 总结

槽迁移是 Redis Cluster 中一个非常重要的机制，它可以实现集群的扩展和收缩，保证数据的均匀分布和高可用性。 理解槽迁移的原理和流程，可以帮助我们更好地使用和维护 Redis Cluster。

希望今天的讲解能够帮助大家更好地理解 Redis Cluster 的槽迁移机制。 记住，学习技术不是死记硬背，而是要理解其背后的原理。 就像咱们吃小吃，不仅要吃得开心，还要知道这小吃是怎么做出来的，这样才能吃得更明白，更放心！ 😋

如果大家还有什么疑问，欢迎在评论区留言，我会尽力解答。 咱们下期再见！ 👋