面试题：Redis Cluster高可用分布式缓存架构的故障转移策略

Question

当Redis Cluster中的某个节点发生故障时，系统是如何进行故障检测与故障转移的？请详细描述这个过程，并说明可能会遇到哪些问题以及对应的解决方案。

Answer 1

故障检测

1. 主观下线（PFail）：
   • 在Redis Cluster中，每个节点都会定期向其他节点发送PING消息进行心跳检测。
   • 如果一个节点在一定时间（cluster-node-timeout）内没有收到来自另一个节点的PONG响应，那么这个节点会将对方标记为PFail（Possible Fail），即主观下线。这只是节点自己认为对方可能故障了，还不是整个集群公认的故障。
2. 客观下线（Fail）：
   • 当一个节点标记另一个节点为PFail后，会通过Gossip协议将这个PFail信息传播给其他节点。
   • 如果半数以上持有槽的主节点都标记某个节点为PFail，那么这个节点就会被标记为Fail，即客观下线。此时，整个集群都认为该节点确实发生了故障。

故障转移

1. 从节点发现主节点故障：
   • 当主节点被标记为客观下线后，它的从节点会通过Gossip协议接收到这个信息，从而得知主节点发生了故障。
2. 从节点竞选新的主节点：
   • 所有发现主节点故障的从节点会发起竞选。每个从节点都会向其他节点发送FAILOVER_AUTH_REQUEST消息，请求其他节点给自己投票。
   • 其他节点在收到请求后，会根据一定规则（例如：优先投票给复制偏移量最大的从节点，即数据最新的从节点）决定是否投票。
   • 当某个从节点获得超过半数以上持有槽的主节点的投票时，它就赢得了竞选，成为新的主节点。
3. 新主节点接管工作：
   • 新的主节点会将自己的状态改为主节点，并开始接管原主节点负责的槽，继续为客户端提供服务。同时，它会向其他节点发送PONG消息，宣告自己成为新的主节点，让集群中的其他节点更新状态。

可能遇到的问题及解决方案

1. 脑裂问题：
   • 问题描述：网络分区导致部分节点之间通信中断，可能出现两个“集群”，其中一个“集群”可能会选举出新的主节点，而另一个“集群”中的原主节点还在正常工作。当网络恢复后，就会出现一个槽有两个主节点的情况，导致数据不一致。
   • 解决方案：
     • 配置min - replicas - to - write参数：在Redis Cluster配置中设置min - replicas - to - write参数，该参数表示在主节点进行写操作时，必须有至少多少个从节点与之同步成功，写操作才会被认为是成功的。如果达不到这个数量，主节点就拒绝写操作，这样可以在一定程度上避免脑裂后数据丢失的问题。
     • 合理设置cluster - node - timeout：适当调整cluster - node - timeout参数，避免网络短暂波动就触发故障检测和转移，减少脑裂发生的概率。
2. 数据不一致问题：
   • 问题描述：在故障转移过程中，可能由于网络延迟等原因，导致从节点在复制主节点数据时存在部分数据未同步，成为新主节点后可能丢失部分数据，从而造成数据不一致。
   • 解决方案：
     • 增加复制因子：增加从节点数量，提高数据的冗余度。即使某个从节点数据同步不完整，其他从节点可能有完整的数据，在故障转移时可以选择数据更完整的从节点。
     • 使用AOF持久化：结合AOF（Append - Only - File）持久化方式，记录写操作日志。在故障恢复后，可以通过重放AOF日志来恢复丢失的数据，确保数据一致性。