Redis Cluster 的通信機制是其分布式架構的核心，基于 Gossip 協議 和 Cluster Bus 實現節點間狀態同步與數據協調。以下是其通信機制的核心要點：

• 二進制協議：數據以字節流形式編碼（如Protobuf、Thrift、MQTT、Gossip）。
• 文本協議：數據以人類可讀的字符形式表示（如JSON、XML、HTTP/1.1）。

集群元數據的維護有兩種方式：集中式、Gossip 協議。

• 集中式：將集群元數據集中存儲在一個節點上。
  • 優點
    元數據的讀取和更新時效性好，元數據的變更都能立即更新到集中式存儲節點中，其它節點讀取的時候就可以感知到。
  • 缺點
    所有的元數據的更新壓力全部集中在一個地方，可能會導致元數據的存儲有壓力。
• Gossip：所有節點都持有一份元數據，不同的節點如果出現了元數據的變更，就不斷將元數據發送給其它的節點，讓其它節點也進行元數據的變更。
  • 優點
    元數據的更新比較分散，不是集中在一個節點，降低了壓力。
  • 缺點
    元數據的更新有延時，可能導致集群中的一些操作會有一些滯后。

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一、通信協議與方式

1. Gossip 協議

   • 隨機傳播：每個節點周期性地隨機選擇其他節點發送消息（如 PING、PONG、MEET、FAIL），傳播集群狀態信息（節點存活、槽位分配、主從角色等）。
   • 低負載擴展：節點通信頻率不隨集群規模線性增長，適合大規模集群（數千節點）。
   • 最終一致性：信息通過多次傳播逐步覆蓋所有節點，可能存在短暫延遲，但最終達成一致。

2. Cluster Bus 端口

   • 每個節點額外開放一個通信端口（默認 服務端口 + 10000，如服務端口 6379，則 Cluster Bus 端口為 16379）。
   • 通過二進制協議傳輸高效的結構化數據（如槽位映射、節點元數據）和心跳檢測（詳見第二章：核心通信場景）。

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二、核心通信場景

1. 節點握手（Cluster Meet）

   • 新節點加入：通過 CLUSTER MEET <IP> <PORT> 命令或自動發現機制，新節點與現有節點建立連接。
   • 元數據交換：節點間交換 ID、IP、端口、角色（主/從）、負責的槽位等信息。

2. 心跳檢測（PING/PONG）

   • 健康檢查：節點定期發送 PING，接收方回復 PONG 確認存活。
   • 故障判定：若節點在 cluster-node-timeout（默認 15 秒）內未響應，可能被標記為 FAIL。

3. 槽位分配與遷移

   • 槽位變更廣播：當槽位分配調整時（如擴容/縮容），通過 Gossip 協議通知所有節點更新槽位映射。
   • 遷移協調：遷移過程中，源節點和目標節點通過 ASKING 命令臨時處理跨節點請求。

4. 故障轉移

   • 主節點下線：從節點通過 Gossip 感知主節點故障，觸發選舉流程（Raft 變種），新主節點廣播自身角色變更。
   • 數據同步：新主節點通過異步復制與從節點同步數據。

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三、客戶端與集群通信

1. 重定向機制

   • MOVED 響應：客戶端請求的 Key 不屬于當前節點槽位時，返回 MOVED <slot> <target_ip:port>，客戶端更新本地槽位緩存。
   • ASK 響應：槽位遷移期間，目標節點可能返回 ASK 臨時重定向，客戶端需向目標節點發送 ASKING 后重試。

2. 智能客戶端

   • 本地緩存槽位表：客戶端首次連接任一節點獲取全局槽位映射，后續直接路由請求至正確節點。
   • 動態更新：收到 MOVED 或 ASK 時更新緩存，避免重復重定向。

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四、優化與挑戰

1. 性能優化

   • 批量消息：合并多個 Gossip 消息減少網絡開銷。
   • CRC16 分片：通過 CRC16(key) % 16384 快速定位槽位，確保數據均勻分布。

2. 挑戰

   • 網絡分區：Gossip 的最終一致性可能導致分區時出現腦裂，需依賴 cluster-require-full-coverage 配置權衡可用性。
   • 遷移性能：槽位遷移期間需協調數據復制與流量切換，可能影響吞吐量。

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五、實際應用示例

# 節點 A（7000）與節點 B（7001）握手
CLUSTER MEET 127.0.0.1 7001# 查看集群節點信息
CLUSTER NODES
# 輸出示例：
# d4b3... 127.0.0.1:7001 master - 0 1620000000000 1 connected 0-5460
# a1c2... 127.0.0.1:7000 myself,master - 0 0 2 connected 5461-10922

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總結

Redis Cluster 通過 Gossip 協議 實現去中心化通信，結合 Cluster Bus 高效傳輸元數據，保障了高可用與動態擴展能力。客戶端通過智能路由與重定向機制直接與集群交互，無需代理層，兼顧性能與靈活性。理解其通信機制是優化集群穩定性與性能的關鍵。