分布式系统缓存知识点总结

什么是分布式系统？

答：分布式和集群是不得不联系在一起的两个概念，如果多台服务器共同处理一件事情，叫集群；如果多台服务器各自处理不同的事情，彼此之间协调合作，共同完成整个系统的工作，就叫做分布式系统。

Redis-Cloud是集群，还是分布式缓存系统？

答：既是集群，也是分布式系统。这要看从哪个角度来看。

假如从存储数据是否相同来看，Redis-Cloud中每个结点存储的数据是不一样的，它共有16384个槽（0~16383），假如Redis-Cloud中有3个结点，那么这16384个槽是根据各个节点的性能分布在不同结点上的。第一个结点负责0~5000个槽，第二个结点负责5001~10000个槽，第三个结点负责10001~16383个槽，三个结点分别负责不同范围的数据存储，最终完整对整个数据范围的存储，很显然，这是一个分布式系统。

但如果从Redis-Cloud中所提供的缓存功能来看，每个结点都是用来做缓存的，各个节点提供的功能都是一样的，当内存不够用时，还可以不断横向添加结点来扩大内存容量，很显然，这是一个集群。

所以，我们会说，Redis集群是一个分布式集群系统。

（面试题）你知道哪些分布式缓存，如果要你设计一个分布式缓存，你会怎么去设计？

答：主要有Memcached和Redis。我使用Redis来做分布式缓存。

刚开始对Redis的操作都是单机版，虽然Redis的速度很快，但是在特别高的并发下，Redis也有性能瓶颈。Redis中的数据都放在内存里面，内存能有多大呢？64个G，已经很大了，64G都放满了呢？还能放吗？可以，内存放满了会放在硬盘中的虚拟内存中，一旦用到虚拟内存了，性能就很低了，所以我们尽可能的不要超出内存的容量。如果存不下了，但是数据还是很多，还需要往缓存中放，那怎么办呢？通过搭Redis集群来扩展内存空间。官方给出的Redis集群名称为Redis-Cluster。

Redis-Cluster架构图如下：

集群一般都会有一个入口，有一个集群管理工具，但Redis集群没有入口，即没有代理层，集群中的节点都是相互连接的，通过PING-PONG机制来实现各个节点之间的通信，以及判断各个节点的状态，客户端想要连接集群，只需要连接到集群中的任意一个节点即可。

集群中有那么多个结点，结点中保存的数据一样吗？不一样。如果是一样的，那叫主备。既然是集群，就应该是可以扩容的，如果存储空间不足了，可以加结点，加一个服务器进行，存储空间就会变大。所有结点的内存容量加起来才是整个集群内存的总容量，如果每个结点存储的数据都一样，那总容量就只是一个Redis的内存容量了。

Redis集群中，每个结点保存的数据是不一样的。如果不一样，那么当一个结点挂了，那整个集群就不完整了，不完整了就不能用了，所以，要想保证Redis集群的高可用（长时间可使用，而不会宕机），每一个节点都需要加一个备份机，如果这个结点挂了，必须要有备份结点顶上来，来保证集群可以继续提供服务。

Redis集群中有一个投票：容错机制，我们前面说集群中一般都会有一个集群管理工具，但在Redis集群中并没有，那么，我们怎么才能知道集群中哪一个结点挂了呢？Redis集群中有一个投票机制。大家都知道，在选举的时候，是少数服从多数的原则，要判断Redis集群中的某个结点是否挂掉了，需要我们集群中超过半数的节点进行投票，半数以上的节点认为它挂了，它就挂了。假如集群中有5个结点，有三个认为某个结点已经挂了，那么集群就认为这个结点真挂了。这个时候就要看有没有备份结点，如果没有备份结点顶上来，那么集群就会宕机。如果有备份结点，备份结点顶上来，继续维持整个集群的工作，然后管理人员就需要赶快把那个挂掉的节点修理好。那么，集群中最少有几个结点呢？3个！3个结点就可以搭建起一个Redis集群，在实际开发中，因为还要保证每个结点都有一个备份机，所以，最小的集群会搭建6个结点。

只需要连接上Redis集群中的任意一个结点，就能连接上整个集群。

Redis集群中，每个结点保存的数据是不一样的，那就会有一个问题，如何把数据分散到不同的节点进行存储呢？为解决这个问题，Redis集群中引入了一个概念，叫slot（槽，哈希槽）。Redis集群中一共有16384个槽（0~16383），这是固定的。这些槽有什么作用呢？

当要在Redis集群中放置一个key-value对时，先要对key使用crc16算法得出一个数，然后再用这个数对16384求余数，肯定会得到一个0~16383之间的数，这样每一个key值都会对应一个0~16383之间的哈希槽，然后将key-value键值对放在这个槽对应的Redis结点上就可以了。

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槽如何进行分配呢？

要看Redis集群中有几个结点，还要看每个结点的性能怎么样。假如有3个结点，每个结点的性能都是完全一样的，那么我们就可以把这16384个槽平均分到3个结点上。

0~5000个槽分到第一个结点上

5001~10000个槽分到第二个结点上

10001~16383个槽分到第三个结点上（为了好计算，这样划分）

有个问题，Redis集群中最少有几个结点？Redis集群中最多有多少个结点？

答：最少有3个，最多有16384个结点。这里不考虑备份机的问题。

架构细节:

(1)所有的redis节点彼此互联(PING-PONG机制),内部使用二进制协议优化传输速度和带宽.

(2)节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才生效.

(3)客户端与redis节点直连,不需要中间proxy层.客户端不需要连接集群所有节点,连接集群中任何一个可用节点即可

(4)redis-cluster把所有的物理节点映射到[0-16383]slot上,cluster 负责维护node<->slot<->value

Redis 集群中内置了 16384 个哈希槽，当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value 时，redis 先对 key 使用crc16 算法算出一个结果，然后把结果对 16384 求余数，这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383之间的哈希槽，redis 会根据节点数量大致均等的将哈希槽映射到不同的节点