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Lecture11-Redis-集群

目标：搭建 Redis Cluster，理解槽（slot）分片，让数据分布到多台机器、单点故障自动转移，并让 SpringBoot 4 连接集群。

1、为什么需要集群

单机内存有限、单点风险高。集群解决两个问题：

• 水平扩容：数据分片到多台机器，突破单机内存上限。
• 高可用：每个主节点配从节点，主挂从升，自动故障转移（自带，无需哨兵）。

对比：主从+哨兵只解决高可用、不解决容量；集群既分片又高可用。

集群结构中：

• 组内是主从结构，会自动同步数据；（同构）
• 组和组之间没有数据同步机制，数据是不一样的（异构）

2、槽（slot）分片原理

Redis 为了让集群中各个主节点保存的数据尽量均衡（充分利用每一个服务器实例的资源），引入槽的概念；

Redis Cluster 把数据空间划分成 16384 个槽（slot），不管集群中主节点数量是多少，槽的个数都是固定的 16384。

也就是说，16384 个槽其实是一个『逻辑概念』，Redis 会把 16384 个槽全部映射到集群中所有主节点上。

每个 key 通过哈希映射到某个槽，槽再分配到各主节点：

key → CRC16(key) % 16384 = slot → 该 slot 所属的节点

• 3 个主节点，每个分管约 5461 个槽。
• 写一个 key 时，如果 key 的槽不在当前节点，返回 MOVED 错误并告诉你正确节点，客户端自动重定向。
• 集群模式下客户端用 -c 连接，自动跟随重定向。

3、搭建 6 节点集群（3 主 3 从）

1、准备目录与 6 个配置

mkdir -p /usr/local/redis_cluster
sudo chown -R $USER:$USER redis_cluster/
cp /opt/redis-8.0.6/redis/redis.conf /usr/local/redis_cluster/

以端口 1000~6000 建 6 个实例（每个配置端口、日志、数据文件不同，另加集群开关）：

# redis-cluster-1000.conf（其余改端口号即可）
include /usr/local/redis_cluster/redis.conf
port 1000
bind 0.0.0.0
protected-mode no
daemonize yes
pidfile redis1000.pid
logfile redis1000.log
dir /usr/local/redis_cluster
dbfilename dump1000.rdb

# 集群相关
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-1000.conf
cluster-node-timeout 15000
appendonly yes

用 cp 复制 6 份后逐份改端口，或用脚本循环生成。

2、启动 6 个实例

redis-server /usr/local/redis_cluster/redis-cluster-1000.conf
# ... 2000 ~ 6000 同样启动

启动后每个目录会生成 nodes-*.conf（记录节点 ID 和槽分配）。

3、创建集群

redis-cli --cluster create \
  192.168.100.100:1000 \
  192.168.100.100:2000 \
  192.168.100.100:3000 \
  192.168.100.100:4000 \
  192.168.100.100:5000 \
  192.168.100.100:6000 \
  --cluster-replicas 1

• --cluster-replicas 1：每个主节点配 1 个从节点。
• 输入 yes 确认后，集群把 16384 个槽分配给 3 个主节点，从节点自动分配。

4、验证集群

# 集群整体状态
redis-cli -c -p 1000 cluster info
# cluster_state:ok
# cluster_slots_assigned:16384

# 节点与槽分布
redis-cli -c -p 1000 cluster nodes
# 3 个 master 分别连接 0-5460 / 5461-10922 / 10923-16383
# 3 个 slave 分别 replicates 对应 master

# 健康检查
redis-cli --cluster check 192.168.100.100:1000
# [OK] All 16384 slots covered.

5、测试读写与重定向

# -c 集群模式，自动跟随 MOVED 重定向
redis-cli -c -p 1000
127.0.0.1:1000> set name tom
OK                      # 槽不在 1000 时，-c 会自动转到正确节点
127.0.0.1:1000> get name
"tom"

不用 -c 连接时，写错节点会报 MOVED 错误并提示正确节点。

4、故障转移测试

# 关掉一个主节点（比如 1000）
redis-cli -p 1000 shutdown

# 等待 cluster-node-timeout 后，其从节点自动升级为新主
redis-cli -c -p 2000 cluster nodes
# 原 1000 的从节点变成 master，接管 0-5460 槽

集群自带故障转移，无需哨兵。客户端（-c / SpringBoot Lettuce）会自动感知拓扑变化。

5、对接 SpringBoot 4

spring:
  data:
    redis:
      cluster:
        nodes:
          - 192.168.100.100:1000
          - 192.168.100.100:2000
          - 192.168.100.100:3000
        max-redirects: 3      # 分片迁移时最大重定向次数
      lettuce:
        pool:
          enabled: true
          max-active: 16
          max-idle: 8
        cluster:
          refresh:
            enabled: true     # 定期刷新集群拓扑
            period: 60000ms

@Autowired
private StringRedisTemplate redis;

@Test
void clusterOps() {
    redis.opsForValue().set("cluster:key", "cluster:value");
    String v = redis.opsForValue().get("cluster:key");
}

代码与单机完全一样——RedisTemplate 自动适配集群，无需改业务代码。

6、架构对比

7、课堂练习

1. 用脚本生成 6 个集群配置文件并启动 6 个实例。
2. 用 redis-cli --cluster create ... --cluster-replicas 1 创建集群。
3. 用 cluster info、cluster nodes、cluster check 验证集群，确认 16384 槽全覆盖。
4. 关掉一个主节点，观察其从节点自动升为主；用 -c 连接写入数据验证可用。
5. 用 SpringBoot 4 通过 spring.data.redis.cluster.nodes 连接集群读写。

8、本节验证

• 理解集群解决容量与高可用、16384 slot 分片原理 ✅
• 会搭建 6 节点集群（3 主 3 从），验证槽覆盖完整 ✅
• 会用 -c 集群模式连接，理解 MOVED 重定向 ✅
• 理解集群故障转移与架构对比，能对接 SpringBoot4 ✅