本文是《Redis开发与运维》的学习笔记。同时参考了Redis中文网。
注：本文不去介绍如何搭建Redis Sentinel。

Redis 的 主从复制 模式下，一旦 主节点 由于故障不能提供服务，需要手动将 从节点 晋升为 主节点，同时还要通知 客户端 更新 主节点地址，这种故障处理方式从一定程度上是无法接受的。Redis 2.8 以后提供了 Redis Sentinel 哨兵机制 来解决这个问题。

一、Redis高可用概述

在介绍哨兵之前，首先从宏观角度回顾一下Redis实现高可用相关的技术。它们包括：持久化、复制、哨兵和集群，其主要作用和解决的问题是：

• 持久化：持久化是最简单的高可用方法(有时甚至不被归为高可用的手段)，主要作用是数据备份，即将数据存储在硬盘，保证数据不会因进程退出而丢失。
• 复制：复制是高可用Redis的基础，哨兵和集群都是在复制基础上实现高可用的。复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。缺陷：故障恢复无法自动化；写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制。
• 哨兵：在复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。缺陷：写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制。
• 集群：通过集群，Redis解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方案。

二、Redis Sentinel的基本概念

Redis Sentinel 是 Redis 高可用 的实现方案。Sentinel 是一个管理多个 Redis 实例的工具，它可以实现对 Redis 的 监控、通知、自动故障转移。下面先对 Redis Sentinel 的 基本概念 进行简单的介绍。

2.1架构

如图所示，Redis 的 主从复制模式 和 Sentinel 高可用架构 的示意图：

其中有哨兵节点和数据节点：

• 哨兵节点：哨兵系统由一个或多个哨兵节点组成，哨兵节点是特殊的redis节点，不存储数据。
• 数据节点：主节点和从节点都是数据节点。

2.2 深入Redis Sentinel架构

本节更深入的介绍Redis Sentinel架构。其实每个哨兵节点除了监视数据节点外，还会监视其他的哨兵节点，如下图所示：

Redis官方文档对于哨兵功能的描述：

• 监控（Monitoring）：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。
• 自动故障转移（Automatic failover）：当主节点不能正常工作时，哨兵会开始自动故障转移操作，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并让其他从节点改为复制新的主节点。
• 配置提供者（Configuration provider）：客户端在初始化时，通过连接哨兵来获得当前Redis服务的主节点地址。
• 通知（Notification）：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

三、实现原理

这部分介绍哨兵的实现原理，包括：三个定时任务，主观下线和客观下线，Sentinel领导者选举，故障转移。

3.1三个定时任务

每个哨兵节点维护了3个定时任务。定时任务的功能分别如下：通过向主从节点发送info命令获取最新的主从结构；通过发布订阅功能获取其他哨兵节点的信息；通过向其他节点发送ping命令进行心跳检测，判断是否下线。

3.2 主观下线与客观下线

主观下线：在心跳检测的定时任务中，如果其他节点超过一定时间没有回复，哨兵节点就会将其进行主观下线。顾名思义，主观下线的意思是一个哨兵节点“主观地”判断下线；与主观下线相对应的是客观下线。

客观下线：哨兵节点在对主节点进行主观下线后，会通过sentinel is-master-down-by-addr命令询问其他哨兵节点该主节点的状态；如果判断主节点下线的哨兵数量达到一定数值，则对该主节点进行客观下线。

3.3领导者Sentinel选举

当主节点被判断客观下线以后，各个哨兵节点会进行协商，选举出一个领导者哨兵节点，并由该领导者节点对其进行故障转移操作。

监视该主节点的所有哨兵都有可能被选为领导者，选举使用的算法是Raft算法；Raft算法的基本思路是先到先得：即在一轮选举中，哨兵A向B发送成为领导者的申请，如果B没有同意过其他哨兵，则会同意A成为领导者。选举的具体过程这里不做详细描述，一般来说，哨兵选择的过程很快，谁先完成客观下线，一般就能成为领导者。

3.4 故障转移

选举出的领导者哨兵，开始进行故障转移操作，该操作大体可以分为3个步骤：

①在从节点中选择新的主节点：选择的原则是，首先过滤掉不健康的从节点；然后选择优先级最高的从节点(由slave-priority指定)；如果优先级无法区分，则选择复制偏移量最大的从节点；如果仍无法区分，则选择runid最小的从节点。
②更新主从状态：通过slaveof no one命令，让选出来的从节点成为主节点；并通过slaveof命令让其他节点成为其从节点。
③将已经下线的主节点(即6379)设置为新的主节点的从节点，当6379重新上线后，它会成为新的主节点的从节点。

3.5过程总结

所以整个的流程大约是如下：

• 每个 Sentinel 以 每秒钟 一次的频率，向它所知的 主服务器、从服务器 以及其他 Sentinel 实例 发送一个 PING 命令。来确定这些节点是否可以到达。
• 如果一个 实例（instance）距离 最后一次 有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 所指定的值，那么这个实例会被 Sentinel 标记为 主观下线。
• 如果一个 主服务器 被标记为 主观下线，那么正在 监视 这个 主服务器 的所有 Sentinel 节点，要以 每秒一次 的频率确认 主服务器 的确进入了 主观下线 状态。
• 如果一个 主服务器 被标记为 主观下线，并且有 足够数量 的 Sentinel（至少要达到 配置文件 指定的数量）在指定的 时间范围 内同意这一判断，那么这个 主服务器 被标记为 客观下线。
• 在一般情况下， 每个 Sentinel 会以每 10 秒一次的频率，向它已知的所有 主服务器 和 从服务器 发送 INFO 命令。当一个 主服务器 被 Sentinel 标记为 客观下线 时，Sentinel 向下线主服务器 的所有从服务器发送 INFO 命令的频率，会从 10 秒一次改为每秒一次。
• Sentinel 和其他 Sentinel 协商 主节点 的状态，如果 主节点 处于 SDOWN 状态，则投票自动选出新的 主节点。将剩余的 从节点 指向 新的主节点 进行 数据复制。
• 当没有足够数量的 Sentinel 同意 主服务器下线时， 主服务器 的 客观下线状态 就会被移除。当 主服务器 重新向 Sentinel 的 PING 命令返回 有效回复 时，主服务器 的 主观下线状态 就会被移除。

参考资料：
https://juejin.im/post/5b7d226a6fb9a01a1e01ff64
https://www.cnblogs.com/kismetv/p/9609938.html
《Redis开发与运维》
《Redis设计与实现》