面试题：Redis集群节点收缩过程中，如何保证数据一致性和业务连续性？

Question

假设要从正在运行的Redis集群中移除一个节点，阐述在这个收缩过程中，如何确保数据一致性，即不会丢失或重复数据，同时保证业务应用对Redis的读写操作不受较大影响，详细说明涉及到的算法、协议和可能采取的措施。

Answer 1

1. 前置准备

1. 确认节点角色：首先要明确待移除节点是主节点还是从节点。如果是从节点，移除相对简单；若是主节点，需要先将其数据迁移到其他主节点。
2. 备份数据：在操作前对Redis集群数据进行备份，以防意外情况导致数据丢失。可以使用SAVE或BGSAVE命令生成RDB快照文件，或者开启AOF持久化并确保其正常工作。

2. 移除从节点

1. 通知集群：使用CLUSTER FORGET <node_id>命令通知集群忘记该从节点。此命令会使集群中的其他节点不再将该从节点视为集群的一部分。
2. 监控状态：通过CLUSTER NODES命令监控集群状态，确保该从节点已被成功移除。由于从节点本身不负责数据的读写分配（除了复制主节点数据用于读操作分担负载），移除从节点对数据一致性影响较小，业务应用的读写操作基本不受影响。

3. 移除主节点

1. 数据迁移算法 - 哈希槽迁移：
   • Redis集群采用哈希槽（Hash Slot）来分配数据，共有16384个哈希槽。首先要将待移除主节点负责的哈希槽迁移到其他主节点。
   • 迁移过程使用CLUSTER SETSLOT <slot> IMPORTING <source_node_id>和CLUSTER SETSLOT <slot> MIGRATING <destination_node_id>命令。
   • 例如，假设要将节点A的哈希槽迁移到节点B，在节点B上执行CLUSTER SETSLOT <slot> IMPORTING <A_node_id>，在节点A上执行CLUSTER SETSLOT <slot> MIGRATING <B_node_id>。
   • 然后通过MIGRATE命令将属于该哈希槽的键值对从节点A迁移到节点B。MIGRATE命令会阻塞当前连接，直到数据迁移完成，所以通常会在后台异步执行多个MIGRATE操作以提高迁移效率。
2. 保证数据一致性措施：
   • 同步写操作：在数据迁移期间，为了保证业务应用的写操作数据一致性，对于发往待移除主节点的写请求，需要在迁移目标节点上也执行相同的写操作。可以通过在应用层或代理层进行处理，确保写操作同时作用于源节点和目标节点（在数据迁移的哈希槽范围内）。
   • 复制缓冲区：Redis主从复制过程中，主节点会将写命令写入复制缓冲区。在数据迁移过程中，利用复制缓冲区的机制，保证从节点能够同步到最新的数据。同时，在迁移完成后，需要调整从节点的复制关系，使其指向新的主节点。
3. 减少业务影响措施：
   • 读操作路由：在数据迁移过程中，对于读请求，应用可以通过客户端库或者代理，将对即将迁移哈希槽的读请求重定向到目标节点。一些Redis客户端库（如Jedis等）支持自动重定向功能。
   • 渐进式迁移：采用渐进式迁移哈希槽的方式，而不是一次性迁移所有哈希槽。这样可以减少对业务的瞬间冲击，使业务应用有时间适应数据分布的变化。每次迁移一部分哈希槽，然后等待一段时间，让业务负载平稳后再继续迁移下一部分。
4. 完成节点移除：
   • 当所有哈希槽都迁移完成后，使用CLUSTER FORGET <node_id>命令通知集群忘记该主节点。
   • 再次通过CLUSTER NODES命令确认该主节点已被成功移除，集群状态恢复正常。

4. 涉及协议

1. Redis Cluster协议：在整个移除节点过程中，使用Redis Cluster协议进行节点间的通信。如CLUSTER系列命令，用于管理集群配置、节点信息交换等。节点间通过Gossip协议交换状态信息，以维护集群的一致性视图。Gossip协议通过节点间定期交换部分状态信息，使得集群中的所有节点最终能达成一致的状态认知。例如，当一个节点执行CLUSTER FORGET命令后，它会通过Gossip协议将这个信息传播给其他节点，从而使整个集群的状态得到更新。