在實(shí)際工作中，我們使用的 Redis 高可用模式有兩種：Redis Cluster 和 Redis Sentinel，那么，這兩種模式有什么區(qū)別？我們?cè)撊绾芜x擇？這篇文章，我們將深入分析。

一、Redis Sentinel模式

1. 什么是Redis Sentinel?

Redis Sentinel是 Redis 官方提供的高可用性解決方案，旨在監(jiān)控 Redis 主從復(fù)制集群，檢測(cè)故障并執(zhí)行自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移。Sentinel 主要負(fù)責(zé)以下幾個(gè)方面：

• 監(jiān)控（Monitoring）： 持續(xù)監(jiān)控主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。
• 通知（Notification）： 在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，通過 API 或腳本通知管理員或其他系統(tǒng)。
• 自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移（Automatic Failover）： 當(dāng)主節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)將一個(gè)從節(jié)點(diǎn)提升為新的主節(jié)點(diǎn)，并重新配置剩余的從節(jié)點(diǎn)。
• 配置提供者（Configuration Provider）： 提供客戶端獲取當(dāng)前主節(jié)點(diǎn)的信息，確保客戶端能夠連接到正確的主節(jié)點(diǎn)。

Redis Sentinel核心結(jié)構(gòu)如下圖：

2. Sentinel的工作原理

Sentinel 以分布式的方式運(yùn)行，通常部署多個(gè) Sentinel 實(shí)例（推薦至少三個(gè)），以避免單一 Sentinel 實(shí)例的故障影響整個(gè)系統(tǒng)。Sentinel 通過選舉機(jī)制選出領(lǐng)導(dǎo)者，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)故障檢測(cè)和故障轉(zhuǎn)移的過程。主要包含以下 5個(gè)步驟：

• 監(jiān)控： Sentinel 實(shí)例定期向主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)發(fā)送心跳，檢查它們的可達(dá)性和健康狀態(tài)。
• 故障檢測(cè)： 當(dāng) Sentinel 發(fā)現(xiàn)某個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)多次未響應(yīng)心跳，就將其標(biāo)記為疑似故障（S_DOWN，Subjectively Down）。
• 達(dá)成共識(shí)： 多個(gè) Sentinel 實(shí)例需要達(dá)成一致，確認(rèn)該節(jié)點(diǎn)確實(shí)故障（O_DOWN，Objectively Down）。
• 故障轉(zhuǎn)移： 選舉一臺(tái)從節(jié)點(diǎn)作為新的主節(jié)點(diǎn)，并將其余從節(jié)點(diǎn)指向新的主節(jié)點(diǎn)。
• 通知客戶端： 更新客戶端的連接信息，使其連接到新的主節(jié)點(diǎn)。

3. Sentinel的優(yōu)勢(shì)

• 簡(jiǎn)單易用： 配置和部署相對(duì)簡(jiǎn)單，適合中小規(guī)模的 Redis 部署。
• 故障轉(zhuǎn)移自動(dòng)化： 提供自動(dòng)的主從切換，減少了人工干預(yù)的需求。
• 客戶端通知支持： 通過 Sentinel APIs，客戶端可以動(dòng)態(tài)獲取主節(jié)點(diǎn)信息，適應(yīng)故障轉(zhuǎn)移后的變化。

4. Sentinel的限制

• 單一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)： Sentinel 并不支持?jǐn)?shù)據(jù)的分片和擴(kuò)展，只能在單一 Redis 實(shí)例上進(jìn)行主從復(fù)制。
• 擴(kuò)展性有限： 隨著數(shù)據(jù)量和請(qǐng)求量的增加，無法通過增加節(jié)點(diǎn)來水平擴(kuò)展系統(tǒng)容量。
• 配置復(fù)雜度： 在多種場(chǎng)景下，配置和管理 Sentinel 集群可能較為復(fù)雜，尤其是在大規(guī)模部署中。

二、Redis Cluster模式

1. 什么是Redis Cluster?

Redis Cluster 也是 Redis 官方提供的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，旨在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分片和高可用性。通過將數(shù)據(jù)分布到多個(gè)主節(jié)點(diǎn)上，Redis Cluster 提供了線性的擴(kuò)展能力，并結(jié)合了主從復(fù)制機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的冗余和容錯(cuò)能力。

Redis Cluster核心結(jié)構(gòu)如下圖：

2. Cluster的核心特性

• 數(shù)據(jù)分片（Sharding）： Redis Cluster 將數(shù)據(jù)按照哈希槽（Hash Slots）分布到多個(gè)主節(jié)點(diǎn)，每個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理一定范圍的槽。
• 高可用性： 每個(gè)主節(jié)點(diǎn)可以配置多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，確保在主節(jié)點(diǎn)故障時(shí)能夠自動(dòng)進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移。
• 無中心化管理： Cluster 采用分布式架構(gòu)，沒有單點(diǎn)故障，所有節(jié)點(diǎn)在運(yùn)行時(shí)通過 Gossip 協(xié)議互相通信和維護(hù)狀態(tài)。
• 動(dòng)態(tài)擴(kuò)容與收縮： 支持在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)添加或移除節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)重新分配哈希槽，實(shí)現(xiàn)靈活的資源管理。

3. Cluster的工作原理

Cluster的工作原理主要可以從下面 3個(gè)點(diǎn)來進(jìn)行分析：

(1) 數(shù)據(jù)分片與哈希槽

Redis Cluster 使用一致性哈希（Consistent Hashing）將數(shù)據(jù)鍵映射到 16384 個(gè)哈希槽中。每個(gè)主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理一部分哈希槽，通過調(diào)整槽的分配，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的均衡分布。

(2) 節(jié)點(diǎn)通信

Cluster 中的節(jié)點(diǎn)通過 Gossip 協(xié)議進(jìn)行通信，定期交換狀態(tài)信息，包括節(jié)點(diǎn)的健康狀況、槽的分配情況等。Cluster 節(jié)點(diǎn)之間能夠快速響應(yīng)節(jié)點(diǎn)的增減和故障事件。

(3) 故障檢測(cè)與故障轉(zhuǎn)移

當(dāng)一個(gè)主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，Cluster 的從節(jié)點(diǎn)會(huì)檢測(cè)到主節(jié)點(diǎn)的不可達(dá)狀態(tài)，并通過多數(shù)節(jié)點(diǎn)的共識(shí)決定是否執(zhí)行故障轉(zhuǎn)移。選舉出一個(gè)從節(jié)點(diǎn)作為新的主節(jié)點(diǎn)，并重新配置槽的所有權(quán)，確保數(shù)據(jù)的持續(xù)可用。

4. Cluster 的優(yōu)勢(shì)

• 高可擴(kuò)展性： 通過數(shù)據(jù)分片，實(shí)現(xiàn)水平擴(kuò)展，適應(yīng)大規(guī)模數(shù)據(jù)和高并發(fā)請(qǐng)求。
• 無單點(diǎn)故障： 分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)，避免了單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 自動(dòng)化管理： 支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容與收縮，簡(jiǎn)化了運(yùn)維管理的復(fù)雜性。
• 高可用性與數(shù)據(jù)冗余： 結(jié)合主從復(fù)制機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的高可用性和容錯(cuò)能力。

5. Cluster 的限制

• 操作復(fù)雜性： 相比 Sentinel，Cluster 的配置和管理更為復(fù)雜，需要更高的維護(hù)成本。
• 不支持全局事務(wù)： Cluster 不支持跨槽操作的事務(wù)，某些復(fù)雜的業(yè)務(wù)場(chǎng)景可能受到限制。
• 客戶端支持要求高： 客戶端需要支持 Cluster 模式，能夠處理命令重定向和哈希槽的分布情況。
• 資源消耗較大： 由于分片和復(fù)制的存在，整體資源消耗較單節(jié)點(diǎn)部署更高。

三、兩者對(duì)比

在了解了 Redis Sentinel 和 Redis Cluster 的基本概念后，接下來我們將從多個(gè)維度對(duì)兩者進(jìn)行詳細(xì)的比較。

1. 架構(gòu)設(shè)計(jì)

Redis Sentinel：

• 主從復(fù)制架構(gòu)： 單一主節(jié)點(diǎn)，多個(gè)從節(jié)點(diǎn)。
• Sentinel 監(jiān)控： 部署多個(gè) Sentinel 實(shí)例，分布在不同的機(jī)器上以避免單點(diǎn)故障。
• 客戶端連接： 客戶端直接連接到主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)，或者通過 Sentinel API 動(dòng)態(tài)獲取主節(jié)點(diǎn)信息。

Redis Cluster：

• 分布式架構(gòu)： 多個(gè)主節(jié)點(diǎn)組成集群，每個(gè)主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理一定范圍的哈希槽。
• 數(shù)據(jù)分片： 數(shù)據(jù)自動(dòng)分布到不同的主節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水平擴(kuò)展。
• 主從復(fù)制： 每個(gè)主節(jié)點(diǎn)可以配置多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，提供數(shù)據(jù)的冗余和故障轉(zhuǎn)移能力。
• 無中心化管理： 所有節(jié)點(diǎn)通過 Gossip 協(xié)議進(jìn)行通信和狀態(tài)維護(hù)。

2. 數(shù)據(jù)分片與擴(kuò)展性

Redis Sentinel：

• 無內(nèi)建分片： Sentinel 主要關(guān)注高可用性，不提供數(shù)據(jù)分片功能。
• 擴(kuò)展性限制： 通過增加從節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)讀擴(kuò)展，寫擴(kuò)展受限于主節(jié)點(diǎn)的性能。

Redis Cluster：

• 內(nèi)建分片： 使用哈希槽實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分片，支持水平擴(kuò)展。
• 易于擴(kuò)展： 添加新節(jié)點(diǎn)后，Cluster 自動(dòng)重新分配哈希槽，平衡數(shù)據(jù)分布。

3. 故障檢測(cè)與自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移

Redis Sentinel：

• 集中式故障檢測(cè)： 通過多個(gè) Sentinel 實(shí)例共同監(jiān)控集群狀態(tài)，依靠多數(shù) Sentinel 的共識(shí)決定故障事件。
• 自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移： 在主節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，自動(dòng)提升從節(jié)點(diǎn)為新的主節(jié)點(diǎn)，并重新配置其余從節(jié)點(diǎn)。
• 簡(jiǎn)單的拓?fù)洌?nbsp;主要針對(duì)主從拓?fù)洌收限D(zhuǎn)移過程相對(duì)簡(jiǎn)單。

Redis Cluster：

• 分布式故障檢測(cè)： 每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過 Gossip 協(xié)議監(jiān)控集群狀態(tài)，分布式?jīng)Q策故障事件。
• 自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移： 同時(shí)支持主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的故障檢測(cè)與轉(zhuǎn)移，具有更高的容錯(cuò)能力。
• 復(fù)雜的拓?fù)洌?nbsp;支持多主從架構(gòu)，故障轉(zhuǎn)移過程更為復(fù)雜，但提供更高的可用性。

4. 客戶端支持與路由機(jī)制

Redis Sentinel：

• 客戶端要求： 客戶端需要支持 Sentinel 協(xié)議，能夠動(dòng)態(tài)獲取主節(jié)點(diǎn)信息，適應(yīng)故障轉(zhuǎn)移后的變化。
• 簡(jiǎn)單路由： 客戶端直接連接到主節(jié)點(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)，不涉及數(shù)據(jù)分片。
• 適用范圍： 適合單實(shí)例或簡(jiǎn)單主從復(fù)制的場(chǎng)景。

Redis Cluster：

• 客戶端要求： 客戶端必須支持 Cluster 協(xié)議，能夠處理命令重定向，了解哈希槽分布。
• 智能路由： 客戶端根據(jù)鍵的哈希槽決定連接到哪個(gè)主節(jié)點(diǎn)，支持跨主節(jié)點(diǎn)的操作。
• 復(fù)雜操作支持： 支持部分復(fù)雜命令，但跨槽操作存在限制。

3.5 配置與管理復(fù)雜度

Redis Sentinel：

• 配置簡(jiǎn)單： 只需配置主從復(fù)制和 Sentinel 監(jiān)控，無需考慮數(shù)據(jù)分片。
• 管理相對(duì)簡(jiǎn)單： 增加從節(jié)點(diǎn)或進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移較為容易，適合中小規(guī)模部署。
• 監(jiān)控工具支持： 有豐富的監(jiān)控和管理工具支持 Sentinel 集群。

Redis Cluster：

• 配置復(fù)雜： 需要配置多個(gè)主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)，指定哈希槽范圍，涉及更多的部署細(xì)節(jié)。
• 管理復(fù)雜： 動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、縮減需要重新分配哈希槽，涉及數(shù)據(jù)遷移和重新平衡。
• 工具支持： 提供 redis-trib（現(xiàn)已集成到 redis-cli）等工具，但仍需專業(yè)運(yùn)維技能。

6. 數(shù)據(jù)一致性與持久性

Redis Sentinel：

• 強(qiáng)一致性： 主從復(fù)制一般采用異步方式，存在短暫的數(shù)據(jù)不一致風(fēng)險(xiǎn)。
• 持久化選項(xiàng)： 支持 RDB 和 AOF 持久化，但需手動(dòng)配置和管理。
• 數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)： 在主節(jié)點(diǎn)故障后，可能會(huì)丟失部分未同步到從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

Redis Cluster：

• 最終一致性： 數(shù)據(jù)分片后，各主節(jié)點(diǎn)保持獨(dú)立，主從復(fù)制同樣采用異步方式。
• 持久化選項(xiàng)： 支持 RDB 和 AOF，同樣需要合理配置以保證數(shù)據(jù)安全。
• 數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)： 取決于復(fù)制延遲和故障轉(zhuǎn)移策略，多從節(jié)點(diǎn)配置可以降低數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)。

7. 性能表現(xiàn)

Redis Sentinel：

• 讀性能提升： 通過增加從節(jié)點(diǎn)，可以分擔(dān)讀請(qǐng)求，提升整體讀性能。
• 寫性能受限： 寫請(qǐng)求集中在主節(jié)點(diǎn)，寫性能受限于單節(jié)點(diǎn)的處理能力。
• 延遲較低： 單實(shí)例或少量從節(jié)點(diǎn)時(shí)，延遲表現(xiàn)良好。

Redis Cluster：

• 讀寫性能提升： 通過數(shù)據(jù)分片，多個(gè)主節(jié)點(diǎn)可以并行處理讀寫請(qǐng)求，提升整體性能。
• 網(wǎng)絡(luò)開銷： 數(shù)據(jù)分片和節(jié)點(diǎn)間通信可能增加一定的網(wǎng)絡(luò)開銷。
• 延遲影響： 跨節(jié)點(diǎn)操作或重定向可能增加請(qǐng)求延遲，但在大規(guī)模部署中仍具有較高性能。

四、適用場(chǎng)景分析

1. Redis Sentinel 適用場(chǎng)景

• 中小規(guī)模部署： 適用于數(shù)據(jù)量和請(qǐng)求量較小，主從復(fù)制足以滿足需求的場(chǎng)景。
• 單數(shù)據(jù)中心： 在單一數(shù)據(jù)中心內(nèi)實(shí)現(xiàn)高可用性，容錯(cuò)能力足夠。
• 簡(jiǎn)化架構(gòu)需求： 不需要數(shù)據(jù)分片和水平擴(kuò)展，架構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。
• 讀多寫少的應(yīng)用： 通過增加從節(jié)點(diǎn)提升讀性能，適合讀密集型應(yīng)用。

2. Redis Cluster 適用場(chǎng)景

• 大規(guī)模部署： 需要處理海量數(shù)據(jù)和高并發(fā)請(qǐng)求，通過數(shù)據(jù)分片實(shí)現(xiàn)水平擴(kuò)展。
• 多數(shù)據(jù)中心分布： 支持跨數(shù)據(jù)中心部署，提高全球可用性和容災(zāi)能力。
• 高可用與高性能并重： 需要在高可用性和性能之間取得平衡，適用于對(duì)可靠性和響應(yīng)時(shí)間要求高的應(yīng)用。
• 復(fù)雜業(yè)務(wù)場(chǎng)景： 需要支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型和查詢操作，雖有一定限制，但仍適用多數(shù)場(chǎng)景。

五、優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)

1. Redis Sentinel

優(yōu)點(diǎn)：

• 部署簡(jiǎn)單： 適合快速搭建高可用環(huán)境。
• 配置靈活： 可根據(jù)需求調(diào)整主從節(jié)點(diǎn)數(shù)量，滿足讀擴(kuò)展需求。
• 維護(hù)成本低： 簡(jiǎn)單的架構(gòu)減少了維護(hù)的復(fù)雜性。
• 兼容性強(qiáng)： 支持大部分 Redis 命令和功能，不受分片限制。

缺點(diǎn)：

• 擴(kuò)展性有限： 無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的水平分片，面對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)能力受限。
• 單點(diǎn)寫入： 寫請(qǐng)求集中在主節(jié)點(diǎn)，可能成為性能瓶頸。
• 數(shù)據(jù)一致性風(fēng)險(xiǎn)： 異步復(fù)制可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致，存在數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

2. Redis Cluster

優(yōu)點(diǎn)：

• 高擴(kuò)展性： 支持?jǐn)?shù)據(jù)的自動(dòng)分片，適應(yīng)大規(guī)模數(shù)據(jù)和高并發(fā)請(qǐng)求。
• 高可用性： 結(jié)合主從復(fù)制，實(shí)現(xiàn)更高的容錯(cuò)能力和故障轉(zhuǎn)移。
• 去中心化管理： 無單點(diǎn)故障，提升系統(tǒng)整體可靠性。
• 性能優(yōu)勢(shì)： 通過并行處理提高讀寫性能，滿足高性能需求。

缺點(diǎn)：

• 配置與管理復(fù)雜： 需要合理規(guī)劃哈希槽分配和節(jié)點(diǎn)配置，增加運(yùn)維難度。
• 客戶端要求高： 客戶端需支持 Cluster 協(xié)議，處理命令重定向和哈希槽路由。
• 數(shù)據(jù)遷移成本： 動(dòng)態(tài)擴(kuò)展或縮減時(shí)，數(shù)據(jù)遷移可能涉及較高的資源消耗和延遲。
• 操作限制： 某些 Redis 命令和事務(wù)在 Cluster 模式下存在限制，需要調(diào)整業(yè)務(wù)邏輯。

六、總結(jié)

Redis Sentinel 和 Redis Cluster 都是 Redis官方提供的高可用性解決方案，但它們?cè)诩軜?gòu)設(shè)計(jì)、功能特性、適用場(chǎng)景等方面存在顯著差異。

Redis Sentinel 適用于中小規(guī)模、單數(shù)據(jù)中心、高可用性優(yōu)先的場(chǎng)景，部署和管理相對(duì)簡(jiǎn)單；而 Redis Cluster 則更適用于需要水平擴(kuò)展、大規(guī)模、分布式高可用的應(yīng)用，具備更高的靈活性和擴(kuò)展性，但同時(shí)也帶來了更高的配置和管理復(fù)雜度。

在大廠中，兩種高可用方式都會(huì)提供，作為一名技術(shù)人員，我們不能完全黑盒使用，應(yīng)該更多地了解它們的工作原理以及優(yōu)缺點(diǎn)，這樣才能更好地幫助我們做好技術(shù)選型，出現(xiàn)問題時(shí)也能快速地去解決問題。