深入理解Redis哨兵原理

哨兵模式介绍

在深入理解Redis主从架构中Redis 的主从架构中，由于主从模式是读写分离的，如果主节点（master）挂了，那么将没有主节点来服务客户端的写操作请求，也没有主节点给从节点（slave）进行数据同步了。

在实际生产环境中，服务器难免会遇到一些突发状况：服务器宕机，停电，硬件损坏等等，一旦发生，后果不堪设想。 Redis 在 2.8 版本以后提供的哨兵（Sentinel）机制，它的作用是实现主从节点故障转移。它会监测主节点是否存活，如果发现主节点挂了，它就会选举一个从节点切换为主节点，并且把新主节点的相关信息通知给从节点和客户端。

 

哨兵的能力包含如下几点：

• 监控： 持续监控 master 、slave 是否健康，是否处于预期工作状态。

• 主从动态切换： 当 Master 运行故障，哨兵启动自动故障恢复流程：从 slave 中选择一台作为新 master。

• 通知机制： 竞选出新的master之后，通知客户端与新 master 建立连接；slave 从新的 master 中 replicaof，保障主从数据的一致性。

哨兵集群原理

监控能力

哨模式启用的时候，会启动Sentinel的进程。sentinel进程会向所有的master 和 slave 以及其他sentinel进程 发送心跳包（1s一次），看看是否正常返回响应。

• 如果slave 没有在规定的时间内响应 sentinel 的 PING 命令 ， sentinel 会认为该实例已经挂了，将它tag为：下线状态；

• 同理，如果master 没有在规定时间响应 sentinel 的 PING 命令，也会被判定为 offline 状态，只是会多做一步 自动切换 master 的流程。

PING 命令的回复有两种情况：

• 有效回复：返回 +PONG、-LOADING、-MASTERDOWN 任何一种；

• 无效回复：有效回复之外的回复，或者指定时间内返回任何回复。

但是可能存在一些误判的情况，比如说网络拥塞、master实例假死、请求延迟，导致实例在某个短暂时间段不可用，后续又快速恢复了。
如果这时候被我们主动下线了，其实整个系统的可用性反而遭到了退化。而且 误判之后的一系列操作，master竞选、消息通知，slave 与新 master 同步数据，都会消耗大量资源。所以，误判要不得啊。
为了保证判断的可靠性，我们对下线的标识做了区分：一种是 主观下线，一种是客观下线。

• 主观下线： 哨兵利用 PING 命令来监测 master、 slave 实例节点的状态。如果是无效回复，哨兵就把这个实例节点标记为 主观下线 。如果是slave，一般是有多从概念，直接下线即可，但如果是master，就需要小心了。需要多个sentinel进投票裁决。哨兵机制采用多个实例组成sentinel集群模式进行部署，即哨兵集群。多个哨兵实例一起来判断，就可以避免单个哨兵因为自身网络状况不好，而误判主库下线的情况。

• 客观下线： master 是否要下线不是单个sentinel能够决定的，上面说了我们会有个sentinel集群，大家一起投票，超过一半的sentinel 都判断了主观下线，这时候我们就把 master 标记为 客观下线，认为它是真的不行了。
  当 master 被判定为 客观下线 后，就算正式没有master了，当务之急就是赶紧竞选出一个新的master。

• 总结： 主观下线表示一个哨兵认为某个节点不可用，客观下线表示足够多的哨兵对某个节点的主观下线达成一致。只有在客观下线时，哨兵才会认定一个节点真正下线。

这里的「一定数量」是一个法定数量（Quorum），是由哨兵监控配置决定的，解释一下该配置：

# sentinel monitor <master-name> <master-host> <master-port> <quorum>
# 举例如下：
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2

这条配置项用于告知哨兵需要监听的主节点：

• sentinel monitor：代表监控。

• mymaster：代表主节点的名称，可以自定义。

• 127.0.0.1：代表监控的主节点 ip，6379 代表端口。

• 2：法定数量，代表只有两个或两个以上的哨兵认为主节点不可用的时候，才会把 master 设置为客观下线状态，然后进行 failover 操作。

客观下线 的标准就是，当有 N 个哨兵实例时，要有 N/2 + 1 个实例判断 master 为 主观下线 ，才能最终判定 master 为 客观下线 ，其实就是过半机制。

主从动态切换

当master下线后，sentinel如何从多个slave中选举出一个新的master？这就需要通过 筛选 + 评估 方式进行选举了。

筛选

• 过滤掉不健康的（下线或者断线），没有回复哨兵ping响应的从节点。

• 过滤网路不好的节点：通过 down-after-milliseconds评估以往断连情况，如果一定周期内（如24h）从库和主库经常断连，而且超出了一定的阈值（如 10 次），则该slave不予考虑。

评估

筛选掉不健康的实例之后，我们就可以对于剩下健康的实例按顺序进行综合评估了。

• slave 优先级，通过 slave-priority 配置项（redis.conf），可以给不同的从库设置不同优先级，优先级高的优先成为master。

• 选择数据偏移量差距最小的，即slave_repl_offset与 master_repl_offset进度差距，其实就是比较 slave 与 原master 复制进度差距。

• slave runID，在优先级和复制进度都相同的情况下，选用runID最小的，runID越小说明创建时间越早，优先选为master。先来后到原则。

等这几个条件都评估完，我们就会选择出最适合slave，把他推举为新的master。

信息通知

等推选出最新的master之后，后续所有的写操作都会进入这个master中。所以需要尽快通知到所有的slave，让他们重新 replacaof 到 master上，重新建立runID和slave_repl_offset ，来保证数据的正常传输和主从一致性。

信息通知主要通过** Redis 的发布者/订阅者机制来实现的。每个哨兵节点提供发布者/订阅者机制，客户端可以从哨兵订阅消息。主从切换完成后，哨兵就会向 +switch-master 频道发布新主节点的 IP 地址和端口的消息，这个时候客户端就可以收到这条信息，然后用这里面的新主节点的 IP 地址和端口进行通信了**。

总结

哨兵模式的核心还是主从模式的演变，只不过相对于主从模式在主节点宕机导致不可写的情况下，多了探活，以及竞选机制：从所有的从节点竞选出新的主节点，然后自动切换。Redis 哨兵模式通过监控、协调和通知机制，使得 Redis 集群能够在主节点故障时自动完成切换，提高了 Redis 的高可用性。