Redis 作为当前非常热门的内存型数据结构存储，可用于数据存储，缓存和消息代理等。本文将讲解如何基于 docker 搭建 Redis 集群，Redis 的集群设计包括两个部分：主从复制和哈希 Slot。
主从复制在数据库中很常见，一般用来做读写分离，Redis 中也是如此。要求只有 1 个 Master（主节点），可以有 N 个 slaver（从节点），而且 Slaver 也可以有自己的 Slaver，由于这种主从的关系决定他们是在配置阶段就要指定他们的上下级关系，而不是 Zookeeper 那种平行关系是自主推优出来的。
读写分离，Master 只负责写和同步数据给 Slaver，Slaver 承担了被读的任务，所以 Slaver 的扩容只能提高读效率不能提高写效率。
Slaver 先将 Master 那边获取到的信息压入磁盘，再 load 进内存，client 端是从内存中读取信息的。当一个新的 Slaver 加入到这个集群时，会主动找 Master 来拜码头，Master 发现新的小弟后将全量数据发送给新的 Slaver，数据量越大性能消耗也就越大，所以尽量避免在运行时做 Slaver 的扩容。
- 优点：读写分离，通过增加 Slaver 可以提高并发读的能力。
- 缺点：Master 写能力是瓶颈，维护 Slaver 开销也总将会变成瓶颈。
哈希 Slot 名字上可能不好理解，其实就是数据库中的“水平划分”。如果你之前有了解过数据库的表分区的话，就会发现下来对于哈希 Slot 的描述，就和数据库表分区里面的“HASH 分区”原理上大致相同。
对象保存到 Redis 之前先经过 CRC16 哈希到一个指定的 Node 上，例如图中 Object4 最终 Hash 到了 Node1 上。
每个 Node 被平均分配了一个 Slot 段，对应着 0 -16384，Slot 不能重复也不能缺失，否则会导致对象重复存储或无法存储。
Node 之间也互相监听，一旦有 Node 退出或者加入，会按照 Slot 为单位做数据的迁移。例如 Node1 如果掉线了，0-5640 这些 Slot 将会平均分摊到 Node2 和 Node3 上, 由于 Node2 和 Node3 本身维护的 Slot 还会在自己身上不会被重新分配，所以迁移过程中不会影响到 5641-16384 Slot 段的使用。
- 优点：将 Redis 的写操作分摊到了多个节点上，提高写的并发能力，扩容简单。
- 缺点：每个 Node 承担着互相监听、高并发数据写入、高并发数据读出，工作任务繁重。
看到这里大家也就发现了，主从和哈希的设计优缺点正好是相互弥补的，将二者结合在一起，就是 Redis 集群的终极形态，先 Hash 分逻辑节点，然后每个逻辑节点内部是主从，如图：
默认我们已经有了 docker 环境，现在开始基于 docker 安装 Redis 集群。redis 5.0 版本之前，网上有很多教程都是通过 redis-trib.rb 来创建集群，但是 redis 5.0 版本以后，就只能通过 redis-cli 来实现。本文即通过 redis-cli 创建集群，因为 redis 集群的节点选举方式是需要半数以上的 master 通过，所以建议创建奇数个节点。本例中创建 3 个 Master 节点，并为每个 Master 节点各分配 1 个 Slave 节点。
首先需要找一份原始的 redis.conf 文件，将其重命名为：redis-cluster.tmpl，并配置如下几个参数，此文件的目的是生成每一个 redis 实例的 redis.conf:
[root@kerry2 redis]# wget https://raw.githubusercontent.com/antirez/redis/5.0/redis.conf
[root@kerry2 redis]# mv redis.conf redis-cluster.tmpl
vi redis-cluster.tmpl
# bind 127.0.0.1
protected-mode no
port ${PORT}
daemonize no
dir /data/redis
appendonly yes
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 15000
然后执行下列脚本，给 3 个 Master 和 3 个 Slave 创建各自的挂载卷目录
# 创建 master 和 slave 文件夹
for port in `seq 7700 7705`; do
ms="master"
if [$port -ge 7703]; then
ms="slave"
fi
mkdir -p ./$ms/$port/ && mkdir -p ./$ms/$port/data \
&& PORT=$port envsubst < ./redis-cluster.tmpl > ./$ms/$port/redis.conf;
done
当前目录结构为
[root@kerry2 redis]# tree
.
├── master
│ ├── 7700
│ │ ├── data
│ │ └── redis.conf
│ ├── 7701
│ │ ├── data
│ │ └── redis.conf
│ └── 7702
│ ├── data
│ └── redis.conf
├── redis-cluster.tmpl
├── slave
├── 7703
│ ├── data
│ └── redis.conf
├── 7704
│ ├── data
│ └── redis.conf
└── 7705
├── data
└── redis.conf
假设我们只考虑单纯的 docker 环境，并无 docker-compose 和 k8s 之类的服务编排，每个 redis 容器之间必须要保证通讯，可以通过创建 docker network。（使用微服务编排的情况，后续再讨论）
[root@kerry2 redis]# docker network create redis-cluster-net
现在我们就可以运行 docker redis 的 master 和 slave 实例了
# 运行 docker redis 的 master 和 slave 实例
for port in `seq 7700 7705`; do
ms="master"
if [$port -ge 7703]; then
ms="slave"
fi
docker run -d -p $port:$port -p 1$port:1$port \
-v $PWD/$ms/$port/redis.conf:/data/redis.conf \
-v $PWD/$ms/$port/data:/data/redis \
--restart always --name redis-$ms-$port --net redis-cluster-net \
redis redis-server /data/redis.conf;
done
查看已创建的 redis 容器
[root@kerry2 redis]# docker ps |grep redis
010f295922e3 redis "docker-entrypoint..." 41 seconds ago Up 36 seconds 0.0.0.0:7705->7705/tcp, 6379/tcp, 0.0.0.0:17705->17705/tcp redis-slave-7705
b5d89f0469ee redis "docker-entrypoint..." 45 seconds ago Up 40 seconds 0.0.0.0:7704->7704/tcp, 6379/tcp, 0.0.0.0:17704->17704/tcp redis-slave-7704
f710e805fe96 redis "docker-entrypoint..." 50 seconds ago Up 45 seconds 0.0.0.0:7703->7703/tcp, 6379/tcp, 0.0.0.0:17703->17703/tcp redis-slave-7703
b187603aec65 redis "docker-entrypoint..." 55 seconds ago Up 50 seconds 0.0.0.0:7702->7702/tcp, 6379/tcp, 0.0.0.0:17702->17702/tcp redis-master-7702
ea635bd8b3dc redis "docker-entrypoint..." About a minute ago Up 55 seconds 0.0.0.0:7701->7701/tcp, 6379/tcp, 0.0.0.0:17701->17701/tcp redis-master-7701
f02a468572ca redis "docker-entrypoint..." About a minute ago Up About a minute 0.0.0.0:7700->7700/tcp, 6379/tcp, 0.0.0.0:17700->17700/tcp redis-master-7700
通过 redis-cli 命令构建集群，随便找一个 redis 容器，运行 redis-cli –cluster create –cluster-replicas 1 ip:port 命令即可
[root@kerry2 redis]# docker exec -it redis-master-7700 redis-cli --cluster create 宿主 ip:7700 宿主 ip:7701 宿主 ip:7702 宿主 ip:7703 宿主 ip:7704 宿主 ip:7705 --cluster-replicas 1
# 提示输入 yes 后，构建集群成功
记住构建集群时，要保证节点 redis 数据为空，否则会出现下列错误。
[ERR] Node 172.18.0.2:7700 is not empty. Either the node already knows other nodes (check with CLUSTER NODES) or contains some key in database 0.
集群搭建完成后，我们通过 redis-cli 命令连接集群节点验证一下。redis 集群节点的连接命令是通过 redis-cli -c -h ${ip} -p ${port}
[root@kerry2 ~]# docker exec -it redis-master-7700 redis-cli -c -h 宿主机 ip -p 7700
宿主机 ip :7700> cluster info
cluster_state:ok
cluster_slots_assigned:16384
cluster_slots_ok:16384
cluster_slots_pfail:0
cluster_slots_fail:0
cluster_known_nodes:6
cluster_size:3
cluster_current_epoch:6
cluster_my_epoch:1
cluster_stats_messages_ping_sent:23838
cluster_stats_messages_pong_sent:24283
cluster_stats_messages_sent:48121
cluster_stats_messages_ping_received:24278
cluster_stats_messages_pong_received:23838
cluster_stats_messages_meet_received:5
cluster_stats_messages_received:48121
宿主机 ip :7700> cluster nodes
056b99fe5993510c264e3e9a1fd1a04144da6a7b 172.18.0.2:7700@17700 myself,master - 0 1558578383000 1 connected 0-5460
73376f00b2837309d77b82d98984715f44eb2dcf 宿主机 ip:7704@17704 slave 056b99fe5993510c264e3e9a1fd1a04144da6a7b 0 1558578388562 5 connected
20e4b509a54fb17ed8d0f6c21bbc8693ab715ee7 宿主机 ip:7705@17705 slave 1bcb0a6ac770e261c5b0de21cfe26b0bd614590e 0 1558578386658 6 connected
1bcb0a6ac770e261c5b0de21cfe26b0bd614590e 宿主机 ip:7701@17701 master - 0 1558578386579 2 connected 5461-10922
07a4c19848d578ac339bfaf741e1edfd0b010b08 宿主机 ip:7702@17702 master - 0 1558578388661 3 connected 10923-16383
506271ed3f0657f05f439108d9372b638d2c4571 宿主机 ip:7703@17703 slave 07a4c19848d578ac339bfaf741e1edfd0b010b08 0 1558578386000 4 connected
可以看到通过 “cluster info” 命令看到集群的基本信息，所有的 slot (16384) 都分配完毕。然后通过 “cluster nodes” 命令查看到每个 master 节点的 slot 分配的区域。至此，redis 集群基本安装成功。
集群
cluster info：打印集群的信息
cluster nodes：列出集群当前已知的所有节点（node），以及这些节点的相关信息。
节点
cluster meet <ip> <port>：将 ip 和 port 所指定的节点添加到集群当中，让它成为集群的一份子。cluster forget <node_id>：从集群中移除 node_id 指定的节点。cluster replicate <node_id>：将当前节点设置为 node_id 指定的节点的从节点。cluster saveconfig：将节点的配置文件保存到硬盘里面。
槽(slot)
cluster addslots <slot> [slot ...]：将一个或多个槽（slot）指派（assign）给当前节点。cluster delslots <slot> [slot ...]：移除一个或多个槽对当前节点的指派。cluster flushslots：移除指派给当前节点的所有槽，让当前节点变成一个没有指派任何槽的节点。cluster setslot <slot> node <node_id>：将槽 slot 指派给 node_id 指定的节点，如果槽已经指派给
另一个节点，那么先让另一个节点删除该槽 >，然后再进行指派。cluster setslot <slot> migrating <node_id>：将本节点的槽 slot 迁移到 node_id 指定的节点中。cluster setslot <slot> importing <node_id>：从 node_id 指定的节点中导入槽 slot 到本节点。cluster setslot <slot> stable：取消对槽 slot 的导入（import）或者迁移（migrate）。键
cluster keyslot <key>：计算键 key 应该被放置在哪个槽上。cluster countkeysinslot <slot>：返回槽 slot 目前包含的键值对数量。cluster getkeysinslot <slot> <count>：返回 count 个 slot 槽中的键
（1）redis-cluster 把所有的物理节点映射到 [0 ~ 16383] 个 slot（哈希槽）上，cluster 负责维护 node<->slot<->value。
（2）集群任意一个节点中，如果 master 挂掉，但是还有 slaver，slave 将自动升为 master，系统正常。
（3）集群任意一个节点中，如果 master 挂掉，并且没有 slaver，集群将进入 fail 状态。
（4）如果集群超过半数以上节点的 master 挂掉，不管是否有 slaver，集群都将进入 fail 状态。
（5）节点判断是否失效的选举，是集群中所有的 master 参与的，如果半数以上的 master 节点与当前被检测的 master 节点通讯检测超时（cluster-node-timerout），就认为当前 master 节点挂掉了。
- docker redis 集群（cluster）搭建
