Redis Slot

Redis 集群中的槽（Slot）是一种核心的数据分片机制，用于将数据均匀分布到多个节点，实现负载均衡和高可用性。以下是槽的详细解释：

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1. 槽的基本概念

• 定义与数量
  Redis 集群将整个数据集划分为 16384 个固定槽位（编号 0-16383），每个键通过 CRC16(key) % 16384 计算其归属的槽。槽位的数量固定，便于数据迁移和节点管理。

• 作用

  • 数据分片：每个节点负责管理一部分槽位，例如 3 节点集群中每个节点可能管理约 5461 个槽。
  • 负载均衡：槽位分布决定了数据在不同节点的存储位置，避免单节点压力过大。
  • 动态扩展：通过槽的迁移实现集群在线扩容或缩容。

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2. 槽的分配与动态迁移

• 初始分配
  槽位可通过 CLUSTER ADDSLOTS 命令手动分配给节点，例如节点 A 负责槽 0-4095，节点 B 负责 4096-8191 等。

  • 集群上线条件：所有 16384 个槽必须被分配，否则集群处于下线状态。

• 动态迁移
  当新增或删除节点时，槽位可重新分配：

  • 扩容：从现有节点各转移部分槽到新节点（如 4 节点集群每个节点分配约 4096 个槽）。
  • 缩容：移除节点前需将其槽位迁移至其他节点。
  • 迁移方式：直接迁移整个槽的数据，而非单个键，提升效率。

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3. 槽的管理与通信

• 节点元数据
  每个节点维护完整的集群元数据，包括槽位分配、节点状态等，通过 Gossip 协议（PING/PONG 消息）与其他节点交换信息。

• 故障检测：节点间心跳超时标记为疑似下线（PFAIL），超过半数主节点确认后标记为下线（FAIL），触发故障转移。

• 客户端路由

  • Smart 客户端：客户端缓存槽位与节点的映射关系，直接定位目标节点，避免多次重定向。
  • MOVED 重定向：若客户端请求错误节点，返回 MOVED 响应并指引正确节点。

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4. 槽与操作限制

• 跨槽操作限制
  事务、Lua 脚本等需确保所有操作的键位于同一槽。可通过 哈希标签（如 user:{123}.name）强制多个键映射到同一槽。
• 批量操作限制：MSET、MGET 等命令仅支持同一槽内的键。

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5. 槽的设计优势

• 灵活性
  • 相比一致性哈希，槽允许手动调整分配比例（如高性能节点分配更多槽）。
  • 解耦数据与节点的直接关系，简化扩缩容流程。
• 高效性
  • 迁移时以槽为单位，而非单个键，减少网络开销。
  • 16384 槽数在心跳包大小（2KB）和扩展性（支持千级节点）间取得平衡。

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6. 槽的状态与故障恢复

• 槽的三种状态
  • 未指派：未被任何节点管理。
  • 已指派：由某节点负责。
  • 导入中：正在迁移数据到新节点。
• 故障转移
  主节点故障时，从节点通过 Raft 算法选举晋升为主节点，并接管原主节点的槽位，更新配置纪元（Epoch）以优先新配置。

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总结

Redis 槽机制通过固定数量的逻辑分片（16384 槽）实现了高效的数据分布、动态扩缩容和故障恢复，是 Redis Cluster 高可用与高性能的核心设计。