Redis原始碼閱讀（三）集群連線初始化

對於併發請求很高的生產環境，單個

redis滿足不了效能要求，通常都會配置redis集群來提高服務效能。3.0之後的redis支援了集群模式。

redis官方提供的集群功能是無中心的，命令請求可以傳送到任意乙個redis節點，如果該請求的key不是由該節點負責處理，則會返回給客戶端moved錯誤，提示客戶端需要轉向到該key對應的處理節點上。支援集群模式的redis客戶端會自動進行轉向，普通模式客戶端則只返回moved錯誤。

先看下常見的redis集群結構：

節點兩兩之間都有連線，只有主節點可以處理客戶端的命令請求；從節點複製主節點資料，並在主節點下線後，公升級為主節點。每個主節點可以掛多個從節點，在主節點下線後從節點需要競爭，只有乙個從節點會被選舉為主節點。

考慮以下幾個關鍵點：

節點是如何互發現的，請求又是如何分配到各個節點的？

其中部分節點出現故障，其他節點是如何發現的又是怎樣恢復的？

主節點下線後從節點是如何競爭的？

是否可以不中斷redis服務進行動態的擴容？

接下來幾篇會從這幾個關鍵問題入手來分析

redis集群原始碼；首先先看集群的基本資料結構，以及節點之間是如何建立連線的

redis集群是無中心的，每個節點會儲存整個集群各個節點的資訊。我們看下redis

原始碼中儲存集群節點資訊的資料結構：

struct clusternode ;
typedef 
struct clusternode clusternode;

clusternode結構體儲存了乙個節點的基本資訊，包括節點的ip，port，連線資訊等；redis節點每次和其他節點建立連線都會建立乙個clusternode用來記錄其他節點的資訊, 這些clusternode都會儲存到clusterstate結構中，每個節點自身只擁有乙個clusterstate，用來儲存整個集群系統的狀態和資訊。

typedef struct clusterstate  clusterstate;

clusterstate結構中還有很多是故障遷移時需要用到的成員，與集群連線初始化關係不大，可以先不關注，後面再分析。nodes* 儲存的就是本節點所知的集群所有節點的資訊。

集群節點在初始化前都是孤立的redis服務節點，還沒有連成乙個整體。其他節點的資訊是如何被該節點獲取的，整個集群是如何連線起來的呢？

這裡有兩種途徑：

1）人為干預指定讓節點和其他節點連線，也就是通過cluster meet命令來指定要連入的其他節點；

2）集群自發傳播，靠集群內部的gossip協議自發擴散其他節點的資訊。想象下如果沒有集群內部的自發傳播，任意兩個節點間的連線都需要人為輸入命令來建立；節點數如果為n, 整個集群建立的總連線數量會達到n*(n-1)；要想建立起整個集群，讓每個節點都知道完整的集群資訊，需要的cluster meet指令數量是o(n2)，節點多起來的話初始化的成本會很高。所以說內部自發的傳播是很有必要的。

下面來看兩種方式的原始碼實現：

meet指令

cluster meet

該指令會指定另乙個節點的

ip和port，讓接收到meet命令的redis節點去和該ip和埠建立連線；

struct rediscommand rediscommandtable = ,,,
......
,......
}

可以看出redis服務處理cluster meet指令的函式是clustercommand。

//
cluster 命令的實現
void clustercommand(redisclient *c) 
if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"
meet
") && c->argc == 4
)         
//a通過cluster meet bip bport  b後，b端在clusteraccepthandler接收連線，a端通過clustercommand->clusterstarthandshake連線伺服器
//嘗試與給定位址的節點進行連線
if (clusterstarthandshake(c->argv[2]->ptr,port) == 0 &&errno ==einval)
else
......
}

a節點收到cluster meet b指令後，a進入處理函式clustercommand，並在該函式中呼叫clusterstarthandshake連線b伺服器。這個函式實質上也只是建立乙個記錄了b節點資訊的clusternode(b)，並將clusternode(b)的link置為空。真正發起連線的是集群的時間事件處理函式clustercron。clustercron會遍歷a節點上所有的nodes，並向link為空的節點發起連線。這裡的連線又用到前面介紹的檔案事件機制，不再贅述。

gossip訊息擴散

假定對於a、b、c三個節點，初始只向a節點傳送了如下兩條meet指令：

cluster meet b

cluster meet c

對於a來講，b和c都是已知的節點資訊；a會向b、c分別傳送ping訊息；在a傳送ping訊息給b時，傳送方a會在gossip訊息體中隨機帶上已知的節點資訊(假設包含c節點)；接收到ping訊息的b節點會解析這gossip訊息體中的節點資訊，發現c節點是未知節點，那麼就會向c節點進行握手，並建立連線。那麼對b來講，c也成為了已知節點。

看下接收gossip訊息並處理未知節點的函式實現：

*/ //
解釋 meet 、 ping 或 pong 訊息中和 gossip 協議有關的資訊。
void clusterprocessgossipsection(clustermsg *hdr, clusterlink *link) 
//嘗試將 node 標記為 fail
marknodeasfailingifneeded(node);
//節點處於正常狀態
} else}}
/*if we already know this node, but it is not reachable, and
* we see a different address in the gossip section, start an
* handshake with the (possibly) new address: this will result
* into a node address update if the handshake will be
* successful. 
*///
如果節點之前處於 pfail 或者 fail 狀態         
//並且該節點的 ip 或者埠號已經發生變化       
//那麼可能是節點換了新位址，嘗試對它進行握手
if (node->flags & (redis_node_fail|redis_node_pfail) &&(strcasecmp(node->ip,g->ip) || node->port != ntohs(g->port)))
//當前節點不認識 node
} else
}/*next node 
*///
處理下個節點的資訊
g++;}}

gossip協議的原理通俗來講就是一傳十，十傳百；互相之間傳遞集群節點資訊，最終可以達到系統中所有節點都能獲取到完整的集群節點。在ping訊息中附加集群節點資訊，帶來的額外負擔就是每次接收到ping訊息都要預先遍歷下gossip訊息中所有節點資訊，並判斷是否有包含自身未知的節點，還要建立連線。為了減輕接收方的負擔，gossip訊息可以不附帶所有節點資訊，附帶隨機節點也可以最終達到所有節點都去到完整集群資訊的目的。

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