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Redis是一種優(yōu)秀的鍵值存儲系統(tǒng)，廣泛應用于互聯(lián)網(wǎng)后端緩存、消息隊列等領域。 Redis提供了分片（sharding）來滿足大規(guī)模應用的存儲需求，其中的紅色分片是一種非常常見的分片策略，本文重點介紹redis的分片原理及其實現(xiàn)。
Redis分片原理
Redis采用一致性哈希算法（Consistent Hashing）來實現(xiàn)數(shù)據(jù)分片。一致性哈希算法是一種特殊的哈希算法，它將整個哈希值空間組織成一個環(huán)，每個節(jié)點在哈希環(huán)上有一個固定的位置。而數(shù)據(jù)項的哈希值也被映射到這個環(huán)上。
下圖展示了一個哈希環(huán)，其中節(jié)點分布如下：
A B C D E
用一致性哈希函數(shù)H把每個節(jié)點映射到哈希環(huán)上，得到如下分布：
H(A) -> 00
H(B) -> 10
H(C) -> 25
H(D) -> 50
H(E) -> 90
一致性哈希算法將數(shù)據(jù)項也映射到這個哈希環(huán)上，如下圖所示：
H(item1) -> 05
H(item2) -> 80
數(shù)據(jù)項根據(jù)順時針方向順序尋找它所屬的節(jié)點。例如，item1應該被存儲在節(jié)點A中，而item2應該被存儲在節(jié)點E中。如果某個節(jié)點出現(xiàn)了故障或者增加了新節(jié)點，那么只會影響到它順時針方向的那個節(jié)點，而不會影響其他節(jié)點。
Redis將整個數(shù)據(jù)空間劃分為N個數(shù)據(jù)片段，每個片段都包含多個數(shù)據(jù)項。每個Redis節(jié)點負責其中若干個數(shù)據(jù)片段的存儲和查詢。劃分數(shù)據(jù)片段的依據(jù)是對數(shù)據(jù)庫中所有鍵（key）的哈希值H(key)計算出來的結果，再進行一次哈希運算將結果映射到相應的數(shù)據(jù)片段。
具體來說，Redis將整個哈?？臻g按照大小平均分為M個片段，對每個片段分別計算出一個哈希值，再將這個哈希值映射到一個0~N-1的整數(shù)作為這個片段的編號。這樣，每個片段就對應了一個Redis節(jié)點。每個節(jié)點負責若干個片段，這些片段的編號是相鄰的。例如，節(jié)點N負責的片段至少包括：
hash_slot[N], hash_slot[N+1], ….., hash_slot[N+K-1]
其中，hash_slot[i]表示哈希值i對應的片段編號。片段編號的計算公式如下：
slot = CRC16(key) % 16384
這里用到了一個叫做CRC16的哈希函數(shù)，它把任意長度的輸入映射成16位整數(shù)。
Redis分片實現(xiàn)
Redis的分片實現(xiàn)主要包括以下3個方面：配置文件、客戶端路由和節(jié)點間通信。
1、配置文件：在Redis的配置文件中，使用cluster-enabled yes來啟用Redis分片功能。其余的配置項包括cluster-config-file以及cluster-node-timeout等，這里不再贅述。
2、客戶端路由：Redis客戶端根據(jù)key的哈希值計算出對應的節(jié)點，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給該節(jié)點進行處理?？蛻舳丝梢酝ㄟ^cluster nodes命令獲取集群中所有節(jié)點的信息，也可以通過cluster slots命令獲取集群中片段和節(jié)點的分布情況。
3、節(jié)點間通信：Redis節(jié)點之間通過gossip協(xié)議交換狀態(tài)信息。每個節(jié)點維護一個對全部節(jié)點狀態(tài)的緩存，每隔一段時間（默認是10秒）就會向某些隨機節(jié)點發(fā)送最新的狀態(tài)信息。
一致性哈希算法不僅僅用于Redis的分片，也用于分布式緩存、負載均衡等場景。它具有以下幾個優(yōu)點：
均勻性：數(shù)據(jù)能夠被均勻地分布到各個節(jié)點。
單調性：添加或者移除一個節(jié)點，只會影響到相鄰的幾個節(jié)點。
平衡性：每個節(jié)點負責的數(shù)據(jù)量是相對平衡的。
伸縮性：添加或者移除一個節(jié)點時，只需要影響相鄰的幾個節(jié)點，而不需要全部重新分配數(shù)據(jù)。
總結
本文介紹了Redis的分片原理和實現(xiàn)方式，其核心是一致性哈希算法。通過分片可以將數(shù)據(jù)存儲到不同的Redis節(jié)點上，以提高Redis的擴展性和性能。需要注意一些細節(jié)問題，例如，節(jié)點間通信和數(shù)據(jù)遷移等，不過這些問題可以通過Redis的命令和API來解決。
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當前文章：紅色的分片Redis的分片原理（redis的分片原理）
文章源于：http://m.fisionsoft.com.cn/article/coogopc.html
