简介
Redis Cluster 是 在 3.0 版本正式推出的高可用集群方案，相比Redis Sentinel，Redis Cluster方案不需要额外部署Sentinel集群，而是通过集群内部通信实现集群监控，故障时主从切换；同时，支持内部基于哈希实现数据分片，支持动态水平扩容；某节点宕机只会影响该节点的槽位，不会影响到其他主节点
拓扑
Redis 集群是一个网状结构，无中心结构，每个节点都通过 TCP 连接跟其他每个节点连接。
在一个有 N 个节点的集群中，每个节点都有 N-1 个流出的 TCP 连接，和 N-1 个流入的连接。 这些 TCP 连接会永久保持，并不是按需创建的。
节点们使用一个 gossip 协议来传播集群的信息：发现新的节点、 发送ping包（用来确保所有节点都在正常工作中）、在特定情况发生时发送集群消息。集群连接也用于在集群中发布或订阅消息。
集群中有多个主节点，每个主节点有多个从节点，主从节点间数据一致，最少需要3个主节点，每个主节点最少需要1个从节点
- 高可用：当master节点故障时，自动主从切换
- 高性能：主节点提供读写服务，从节点只读服务，提高系统吞吐量
- 可扩展性：集群的数据分片存储，主节点间数据各不同，各自维护对应数据，可以为集群添加节点进行扩容，也可以下线部分节点进行水平缩容
gossip 协议
原理：所有节点都持有一份元数据，不同的节点如果出现了元数据的变更，就不断将元数据发送给其它的节点，让其它节点也进行元数据的变更。
gossip 协议包含多种消息，包含 ping,pong,meet,fail 等等
- meet：某个节点发送 meet 给新加入的节点，让新节点加入集群中，然后新节点就会开始与其它节点进行通信。
- ping：每个节点都会频繁给其它节点发送 ping，其中包含自己的状态还有自己维护的集群元数据，互相通过 ping 交换元数据。
- pong：返回 ping 和 meeet，包含自己的状态和其它信息，也用于信息广播和更新。
- fail：某个节点判断另一个节点 fail 之后，就发送 fail 给其它节点，通知其它节点说，某个节点宕机
数据分区
槽是 Redis 集群管理数据的基本单位
redis cluster 有固定的 16384 个 hash slot，对每个 key 计算 CRC16 值，然后对 16384 取模，可以获取 key 对应的 hash slot，利用链表解决哈希冲突
公式：HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384
redis cluster 中每个 master 都会持有部分 slot，比如有 3 个 master，那么可能每个 master 持有 5000 多个 hash slot。hash slot 让 node 的增加和移除很简单，增加一个 master，就将其他 master 的 hash slot 移动部分过去，减少一个 master，就将它的 hash slot 移动到其他 master 上去。移动 hash slot 的成本是非常低的。
每个集群节点维护着一个16384 bit (2KB)的位数组，每个bit对应相同编号的槽，用 0 / 1标识对于某个槽自己是否拥有
集群节点同时还维护着槽到集群节点的映射，是由长度为16384，数组下标代表槽编号，值为节点信息的数组
作者之所以设计16384个槽位，主要原因就是集群节点间每次ping都需要发送自己2KB的槽位数组，设置的槽位太大会增加传输消耗
hash tag
默认情况下，key在哪个slot上由key进行哈希后的结果决定，但有的时候我们希望把同一批相关的key存放到同一个slot上，提升性能与保证原子性，这时就可以利用hash tag。
假设一个key是9999:order，表示用户ID为9999的订单信息，只需要用{}将key中我们需要进行哈希计算那部分包起来，即{9999}:order；另外其他的{9999}:user同样可以这样操作
这样就将同一个用户的所有相关信息都放到了同一个哈希槽中
高可用
- 判断节点宕机：如果一个节点认为某个节点 pfail 了，那么会在 gossip ping 消息中，ping 给其他节点，如果超过半数的节点都认为 pfail 了，那么就会变成 fail
- 从节点选举：每个从节点，都根据自己对 master 复制数据的 offset，来设置一个选举时间，offset 越大（复制数据越多）的从节点，选举时间越靠前，优先进行选举。所有的 master node 开始 slave 选举投票，给要进行选举的 slave 进行投票，如果大部分 master node（N/2 + 1）都投票给了某个从节点，那么选举通过，那个从节点可以切换成 master。
从节点执行主备切换，从节点切换为主节点。
集群客户端
基于重定向的客户端，很消耗网络IO，因为大部分情况下，可能都会出现一次请求重定向，才能找到正确的节点。
JedisCluster初始化时会随机选择一个节点获取集群元数据，初始化hash slot对应jedisPool的Map映射表，后续的操作如下，无需通过集群的重定向来执行命令：
- 把key作为参数，执行CRC16算法，获取key对应的slot值
- 通过该slot值，去slots的map集合中获取jedisPool实例
- 通过jedisPool实例获取jedis实例，最终完成redis数据存取工作
