面试题：Redis集群中如何实现节点的复制以及故障转移机制

Question

请详细描述Redis集群内节点间复制的基本流程，以及当主节点发生故障时，故障转移是如何自动触发和执行的，包括涉及到的关键组件和步骤。

Answer 1

Redis集群内节点间复制的基本流程

1. 主从配置：在Redis集群中，通过配置文件或命令（如SLAVEOF）指定从节点复制主节点。从节点启动后，向主节点发送SYNC命令请求全量同步。
2. 全量同步：主节点收到SYNC命令后，执行BGSAVE生成RDB快照文件，同时将新的写命令缓存在内存中。生成RDB文件后，主节点将其发送给从节点，从节点接收并加载RDB文件，恢复数据状态。
3. 增量同步：全量同步完成后，主节点将缓存的写命令发送给从节点，从节点执行这些命令，保证数据与主节点一致。此后，主节点每执行一个写命令，都会向从节点发送，从节点实时同步数据。

主节点故障时故障转移的自动触发和执行

1. 故障检测
   • 主观下线：每个节点都会定期向其他节点发送PING消息进行心跳检测。如果一个主节点在一定时间（如cluster-node-timeout配置时间）内没有回复PONG响应，那么发送PING的节点会将这个主节点标记为PFAIL（主观下线）。
   • 客观下线：当一个节点发现某个主节点为主观下线时，会向其他节点发送FAIL消息询问该主节点状态。如果超过半数持有槽的主节点都认为该主节点下线（通过FAIL消息确认），那么这个主节点会被标记为FAIL（客观下线），触发故障转移。
2. 故障转移涉及的关键组件
   • 哨兵（Sentinel）：Redis Sentinel是一个分布式系统，用于监控Redis主从架构中的主节点状态。它通过定期向主从节点发送心跳检测，判断节点是否正常运行。当主节点故障时，Sentinel会自动发现并选举新的主节点。
   • 集群节点：集群中的各个节点通过Gossip协议互相交换状态信息，包括节点的存活状态、负责的槽位等。这使得节点间能够及时了解集群的整体状态，从而在主节点故障时协同完成故障转移。
3. 故障转移执行步骤
   • 选举领导者Sentinel：在Sentinel集群中，当检测到主节点故障后，Sentinel之间会进行选举，选出一个领导者Sentinel来执行故障转移操作。选举算法基于Raft算法变种，通过投票机制，得票超过半数的Sentinel成为领导者。
   • 选择新主节点：领导者Sentinel从该主节点的从节点列表中选择一个从节点作为新的主节点。选择规则通常包括：从节点优先级（通过slave-priority配置）、复制偏移量（复制进度）、运行ID（随机生成）等。优先选择优先级高、复制偏移量大、运行ID小的从节点。
   • 故障转移操作：领导者Sentinel向选中的从节点发送SLAVEOF NO ONE命令，将其提升为新的主节点。然后向其他从节点发送SLAVEOF命令，让它们成为新主节点的从节点。同时，更新集群配置，通知客户端新的主节点地址。