Redis Sentinel：Quorum 机制与仲裁决策，一场关于“众口铄金”的游戏
各位观众老爷们，晚上好！欢迎来到今晚的“Redis奇妙夜”节目。我是你们的老朋友，人称Bug终结者、代码诗人（自己吹的，别当真😂）的编程老司机，今天我们要聊聊Redis Sentinel中一个至关重要的概念——Quorum机制，以及它在仲裁决策中的作用。
想象一下，你是一位古代的皇帝，要决定一件关乎社稷的大事，你会怎么做？当然不是自己拍脑门子，而是召集大臣们开会，听取各方意见，最终做出一个相对稳妥的决定。Redis Sentinel的Quorum机制，就像是皇帝的大臣团，它确保了在Redis主节点出现问题时，集群能够达成共识，自动进行故障转移，保证数据的高可用性。
一、Sentinel：集群的守护者，也是八卦的传播者
在深入Quorum之前，我们先来简单回顾一下Redis Sentinel是干嘛的。Sentinel，顾名思义，是“哨兵”的意思。它就像一群尽职尽责的保安，时刻监视着Redis集群中的所有节点（包括Master和Slave），一旦发现Master节点出现故障，它们就会开始“八卦”（互相交流），最终达成共识，选举出一个新的Master，并通知所有Slave节点进行切换。
你可以把Sentinel想象成一群喜欢嚼舌根的大妈，她们每天都盯着隔壁老王家（Redis Master）的一举一动，一旦发现老王有点不对劲（比如突然晕倒了），她们就会立刻开始议论纷纷：“哎呀，老王是不是不行了？”然后，她们会互相确认：“你们也觉得老王不行了吗？”如果大家都觉得老王不行了，她们就会一起推举老王的儿子（Redis Slave）来接替老王的位置，并告诉老王家的其他亲戚朋友：“老王不行了，以后就听新王（New Master）的！”
Sentinel的主要职责包括：
- 监控（Monitoring）： 持续检查Redis Master和Slave节点是否正常运行。
- 通知（Notification）： 当被监控的Redis节点出现故障时，Sentinel可以通过API向管理员或其他应用程序发送通知。
- 自动故障转移（Automatic Failover）： 当Master节点失效时，Sentinel会自动启动故障转移过程，将其中一个Slave节点提升为Master，并通知其他Slave节点切换到新的Master。
- 配置提供者（Configuration Provider）： Sentinel充当客户端的服务发现来源，客户端可以向Sentinel询问当前Master节点的地址，并根据需要进行切换。
二、Quorum：众口铄金，决定Master生死的大臣团
好了，现在我们回到今天的主题——Quorum。Quorum，翻译过来就是“法定人数”，指的是在Sentinel集群中，需要至少多少个Sentinel实例认为Master节点失效，才能真正启动故障转移过程。
这个“法定人数”可不是随便定的，它直接关系到Redis集群的稳定性和可靠性。如果Quorum设置得太小，那么只要少数几个Sentinel实例认为Master失效，就会触发故障转移，这可能会导致误判，频繁切换Master，影响服务性能。反之，如果Quorum设置得太大，那么只有大多数Sentinel实例都认为Master失效，才会触发故障转移，这可能会导致Master失效后，集群长时间无法恢复，造成数据丢失或服务中断。
Quorum的核心作用在于：
- 避免脑裂（Split-Brain）： 脑裂是指在分布式系统中，由于网络故障或其他原因，导致集群分裂成多个独立的部分，每个部分都认为自己是Master，从而引发数据冲突和不一致。Quorum机制可以有效地避免脑裂，因为只有当超过Quorum数量的Sentinel实例达成共识时，才会启动故障转移，确保只有一个Master节点对外提供服务。
- 提高容错性（Fault Tolerance）： Quorum机制提高了Redis集群的容错性，即使部分Sentinel实例失效，集群仍然可以正常运行和进行故障转移。
- 确保数据一致性（Data Consistency）： 通过Quorum机制，可以保证在故障转移过程中，只有经过大多数Sentinel实例确认的Slave节点才能被提升为Master，从而最大程度地保证数据一致性。
举个例子：
假设我们有一个Redis集群，包含一个Master节点和两个Slave节点，同时部署了5个Sentinel实例。如果我们将Quorum设置为3，那么意味着只有当至少3个Sentinel实例认为Master失效时，才会启动故障转移。
- 情况一： 如果Master节点真的失效了，5个Sentinel实例中有4个认为Master失效，那么故障转移就会启动，因为4 > 3。
- 情况二： 如果Master节点没有失效，只是网络不稳定，导致只有2个Sentinel实例认为Master失效，那么故障转移就不会启动，因为2 < 3。
- 情况三： 如果Sentinel实例之间也出现了网络问题，导致5个Sentinel实例分裂成两组，一组认为Master失效，一组认为Master正常，那么只有当认为Master失效的那组Sentinel实例数量大于等于3时，才会启动故障转移。
Quorum的配置：
Quorum的值通常设置为Sentinel实例总数的一半加一。例如，如果有5个Sentinel实例，那么Quorum通常设置为3。这个值可以根据实际情况进行调整，但需要权衡容错性和可用性之间的平衡。
在sentinel.conf文件中，你可以通过以下配置项设置Quorum：
sentinel monitor <master-name> <master-ip> <master-port> <quorum>例如：
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 3三、仲裁决策：Sentinel之间的“民主选举”
Quorum确定了故障转移的门槛，但具体由哪个Sentinel实例来执行故障转移呢？这就涉及到仲裁决策的过程。
当一个Sentinel实例发现Master节点失效时，它会向其他Sentinel实例发送消息，请求它们同意启动故障转移。如果超过Quorum数量的Sentinel实例同意，那么这个Sentinel实例就会被选为“领导者”（Leader），负责执行故障转移。
你可以把这个过程想象成一场“民主选举”。每个Sentinel实例都有投票权，当Master节点失效时，它们会投票选出一个“领导者”，负责带领大家进行故障转移。
仲裁决策的过程可以概括为以下几步：
- 发现失效： Sentinel实例通过定期发送PING命令，检测Master节点是否正常运行。如果Master节点在一定时间内没有响应，Sentinel实例就会认为Master节点可能失效了。
- 主观下线（Subjectively Down, SDOWN）： Sentinel实例会标记Master节点为SDOWN，表示主观认为Master节点失效了。
- 客观下线（Objectively Down, ODOWN）： 当超过Quorum数量的Sentinel实例都认为Master节点失效时，Sentinel集群会将Master节点标记为ODOWN，表示客观认为Master节点失效了。
- 选举领导者： 当Master节点被标记为ODOWN后，Sentinel集群会开始选举一个领导者，负责执行故障转移。选举过程通常基于Raft或类似的共识算法，确保只有一个Sentinel实例被选为领导者。
- 执行故障转移： 领导者会从Slave节点中选择一个作为新的Master，并通知其他Slave节点切换到新的Master。
领导者选举的原则：
Sentinel集群选举领导者时，会考虑以下因素：
- 优先级（Priority）： 每个Sentinel实例都有一个优先级，优先级高的Sentinel实例更容易被选为领导者。
- 运行时间（Run ID）： 运行时间长的Sentinel实例更容易被选为领导者。
- 投票权（Vote）： 每个Sentinel实例只能投票给一个Sentinel实例，获得多数票的Sentinel实例被选为领导者。
四、配置调优：让Quorum更好地服务于你的业务
Quorum的配置并不是一成不变的，需要根据实际情况进行调整，以达到最佳的容错性和可用性。
以下是一些配置调优的建议：
- Sentinel实例数量： Sentinel实例数量越多，容错性越高，但同时也会增加网络开销和维护成本。通常建议部署至少3个Sentinel实例，以保证高可用性。
- Quorum值： Quorum值需要权衡容错性和可用性之间的平衡。如果Quorum值设置得太小，可能会导致误判，频繁切换Master。如果Quorum值设置得太大，可能会导致Master失效后，集群长时间无法恢复。
- down-after-milliseconds： 这个参数定义了Sentinel实例认为Master节点失效的时间阈值。如果Master节点在这个时间内没有响应，Sentinel实例就会认为Master节点可能失效了。这个参数需要根据网络延迟和Master节点的负载情况进行调整。
- failover-timeout： 这个参数定义了故障转移的超时时间。如果在超时时间内故障转移没有完成，Sentinel集群会放弃本次故障转移。这个参数需要根据Slave节点的数据同步速度和网络带宽进行调整。
表格总结：常用配置项及其含义
| 配置项 | 含义 |
|---|---|
sentinel monitor |
定义要监控的Master节点，包括Master节点的名称、IP地址、端口号和Quorum值。 |
sentinel down-after-milliseconds |
定义Sentinel实例认为Master节点失效的时间阈值。 |
sentinel failover-timeout |
定义故障转移的超时时间。 |
sentinel parallel-syncs |
定义在故障转移期间，允许同时同步数据的Slave节点数量。 |
sentinel notification-script |
定义当发生故障转移时，Sentinel实例执行的脚本。 |
sentinel client-reconfig-script |
定义当客户端需要重新配置连接信息时，Sentinel实例执行的脚本。 |
五、Quorum的局限性与改进方向
Quorum机制虽然能够有效地保证Redis集群的高可用性，但也存在一些局限性：
- 网络分区容忍性不足： 在网络分区的情况下，Quorum机制可能会失效，导致集群分裂成多个独立的部分。
- 依赖Sentinel实例的健康： Quorum机制依赖Sentinel实例的健康，如果Sentinel实例自身出现故障，可能会影响故障转移的正常进行。
未来改进方向：
- 引入Raft或其他更强大的共识算法： 采用更强大的共识算法，可以提高网络分区容忍性和集群的稳定性。
- 使用多层Sentinel架构： 采用多层Sentinel架构，可以提高Sentinel集群的容错性。
- 集成云原生技术： 将Redis Sentinel与云原生技术（如Kubernetes）集成，可以实现更灵活的部署和管理。
六、总结：Quorum，是Redis高可用性的基石
总而言之，Redis Sentinel的Quorum机制，就像是古代皇帝的大臣团，它确保了在Redis主节点出现问题时，集群能够达成共识，自动进行故障转移，保证数据的高可用性。
Quorum的配置需要根据实际情况进行调整，以达到最佳的容错性和可用性。虽然Quorum机制存在一些局限性，但它仍然是Redis高可用性的基石。
希望今天的分享能够帮助大家更好地理解Redis Sentinel的Quorum机制，并在实际应用中灵活运用。
感谢大家的收听，我们下期再见！ Bye Bye~ 👋