Cluster 集群：哈希槽 16384 + 数据分片
一句话总结
单机 Redis 存不下就分片——Cluster 把数据分成 16384 个槽，每个节点负责一部分槽。客户端算好 key 属于哪个槽，直接找对应的节点要数据。节点挂了，槽自动移到其他节点，不停机。
🌰 理解为什么需要集群
你是一家店老板，生意越做越大，问题来了：
单机 Redis 的瓶颈：
1. 内存有限 → 100GB 数据存不下了
2. CPU 有限 → 每秒 10 万请求扛不住了
3. 单点故障 → 这台 Redis 挂了，全部服务瘫痪
怎么办？→ 多加几台 Redis，把数据分到不同的机器上。
这就是 Cluster 做的事：多台 Redis 一起干活，每台只存一部分数据。
核心概念：哈希槽（Hash Slot）
16384 个槽是怎么来的？
Cluster 把整个数据空间分成 16384 个槽（0 到 16383）。
每个 key 属于哪个槽？
slot = CRC16(key) % 16384
└─ CRC16 是一种哈希算法，把 key 算成一个数字
└─ 对 16384 取模 → 得到 0~16383 之间的一个槽号
槽怎么分给节点？
graph LR subgraph "Redis Cluster（3 节点）" A["节点 A<br/>槽 0~5460"] B["节点 B<br/>槽 5461~10922"] C["节点 C<br/>槽 10923~16383"] end
每个节点只存一部分数据，合起来就是全部。
为什么是 16384？（加分点）
CRC16 算出来的值范围是 0~65535（16 位）。
为什么 Cluster 不用 65535 个槽，而是 16384？
Redis 作者的回答：
16384 个槽的信息只需要 2KB（16384/8 = 2048 字节）
65535 个槽需要 8KB（65535/8 = 8192 字节）
Cluster 的每个节点要广播自己的槽信息（心跳包）。
包越小 → 网络开销越小。
16384 对于最多 1000 个节点的集群来说已经够分了。
2KB 的心跳包比 8KB 小 4 倍，网络压力小得多。
数据读写流程
客户端要 GET key "username"
Step 1：客户端算槽号
slot = CRC16("username") % 16384 = 12345
Step 2：客户端查"槽 12345 在哪个节点"
客户端维护了一个"槽映射表"（slots mapping）
槽 12345 → 节点 B
Step 3：客户端直接连节点 B 发请求
└─ Cluster 模式下的客户端（如 redis-cli -c）会自动算槽、自动跳转
Step 4：如果客户端连错了节点（连了 A）：
节点 A 返回：
MOVED 12345 192.168.1.2:6379
└─ "这个槽在 B，你去 B 查"
客户端更新映射表，然后去 B 查
核心：客户端知道数据在哪，不需要像哨兵那样”问一圈”。
三种节点角色
| 角色 | 功能 |
|---|---|
| 主节点（Master） | 负责一部分槽，处理读写请求 |
| 从节点（Slave） | 复制主节点的数据，主挂了顶上 |
| 没有哨兵！ | Cluster 自己集成了哨兵的功能 |
Cluster 的节点自己会互相监控。不需要额外部署哨兵。
主节点挂了怎么办？——自动故障转移
3 主 3 从的 Cluster：
节点 A（主）→ 节点 A1（从）
节点 B（主）→ 节点 B1（从）
节点 C（主）→ 节点 C1（从）
节点 A 挂了 ↓
1. 其他节点发现 A 连不上了
└─ 集群里超过半数节点认为 A 挂了
2. 节点 A1（A 的从库）发起选举
└─ 请求提升自己为主节点
3. 其他主节点投票
└─ 超过半数同意 → A1 成为新主节点
4. A1 接管节点 A 的槽
└─ 原来 A 负责的槽 0~5460 → 现在由 A1 负责
5. 集群恢复可用
└─ 只有一个从库转正了，少了一个副本
└─ 等节点 A 恢复了，它会变成 A1 的从库
整个过程不需要人工介入，也不需要哨兵。
核心配置
# 开启集群模式
cluster-enabled yes
# 集群配置文件（自动生成，不需要手动创建）
cluster-config-file nodes-6379.conf
# 节点超时时间
cluster-node-timeout 5000 -- 5 秒没回复就认为挂了
# 最少需要几个从节点才能做故障转移
cluster-slave-validity-factor 10
搭建 3 主 3 从的最小集群
3 台机器（或 6 个端口），每台一个主一个从：
主节点：127.0.0.1:6379, 6380, 6381
从节点：127.0.0.1:6382, 6383, 6384
创建集群：
redis-cli --cluster create \
127.0.0.1:6379 127.0.0.1:6380 127.0.0.1:6381 \
127.0.0.1:6382 127.0.0.1:6383 127.0.0.1:6384 \
--cluster-replicas 1
└─ replicas=1 表示每个主节点配 1 个从节点
集群的局限性
| 问题 | 原因 | 怎么办 |
|---|---|---|
| 不支持多 key 操作 | key 可能在不同节点上，不能跨节点事务 | 用 hashtag 强制把相关 key 放到同一槽 |
| 不支持多数据库 | Cluster 模式下只有 db 0 | 用不同的 key 前缀区分 |
| 批量操作有限制 | mget 如果 key 在不同节点会变慢 | 用 hashtag 把 key 聚到一起 |
| 大 key 问题放大 | 一个 key 只能在一个节点上 | 控制单个 key 大小 |
| 客户端必须支持 | 普通 redis-cli 不能自动跳槽 | 用 redis-cli -c 或支持 Cluster 的客户端库 |
用 hashtag 解决多 key 操作
想让 user:100:name 和 user:100:age 在同一个节点上？
普通情况：
CRC16("user:100:name") → 槽 5000
CRC16("user:100:age") → 槽 8000
→ 不同节点，不能一起操作 ❌
用 hashtag（加 {}）：
CRC16("{user:100}:name") → 槽 3000
CRC16("{user:100}:age") → 槽 3000（只算 {} 里的内容）
→ 同一个节点 ✅ mget、事务都可以用了
hashtag 规则：只有 key 里 {} 包裹的部分参与 CRC16 计算。
哨兵 vs Cluster
| 维度 | 哨兵（Sentinel） | 集群（Cluster） |
|---|---|---|
| 数据分片 | ❌ 没有，每台存全量 | ✅ 有，每台存一部分 |
| 自动故障转移 | ✅ 有（哨兵负责） | ✅ 有（自己负责） |
| 最大数据量 | 单机内存上限 | 可以扩展到多台，PB 级 |
| 写容量 | 单机写 | 多主节点同时写 |
| 读容量 | 主写从读 | 每个节点都可以读 |
| 复杂度 | 🟡 中等 | 🔴 较高 |
| 客户端支持 | 普通客户端即可 | 需要 Cluster 兼容客户端 |
| 适合场景 | 数据量不大，需要高可用 | 数据量大，需要水平扩展 |
选型建议：
数据量 < 单机内存 + 需要高可用 → 哨兵模式
数据量 > 单机内存 + 需要水平扩展 → Cluster
记忆口诀
16384 个槽，CRC16 算归属，每台节点管一段。
客户端自己算槽号，直接连对的节点，不绕路。
节点挂了自动切——从库转正，不需要额外部署哨兵。
多 key 操作受限用 hashtag，大 key 别往 Cluster 里放。
速记卡（面试闪卡）
Q1：一句话讲清「Cluster 集群：哈希槽 16384 + 数据分片」到底是什么？
A：Redis Cluster把数据空间分成16384个哈希槽，key经CRC16取模定槽号，槽分给各节点；客户端直连对应节点，节点挂了槽自动迁移，心跳包仅2KB。
Q2：为什么分片：单机装不下 —— 怎么理解？
A：单机 Redis 内存、CPU、可用性都到顶，就像一家店生意太好装不下客人。Cluster 多雇几台 Redis，每台只管一部分数据（分片 Sharding），合起来才是完整数据集。
Q3：哈希槽：16384 个抽屉 —— 怎么理解？
A：Cluster 把数据空间切成 16384 个槽（Hash Slot）：slot = CRC16(key) % 16384。槽再分给各节点，像 16384 个抽屉分给几个柜子，key 算出来属哪个槽就归哪个节点管。
Q4：为什么是 16384：心跳包省流量 —— 怎么理解？
A：16384 个槽的映射信息只占 2KB（16384/8 字节），而 65535 要 8KB。Cluster 节点靠心跳（Heartbeat）广播槽分配，包越小网络开销越低；16384 对千节点内集群已够分。
Q5：故障转移：槽自动搬家 —— 怎么理解？
A：某节点挂了，它负责的槽会自动迁移（Failover）到副本节点，客户端查槽映射表（Slot Mapping）重定向找到新节点。整个过程不停机，这是 Cluster 高可用的核心。
Q6：核心速记主线有哪些？
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分片解决单机内存/CPU/单点故障瓶颈
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16384 槽，CRC16(key)%16384 定槽号
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槽分给节点，心跳包 2KB 省流量
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节点宕机槽自动迁移，客户端重定向
口诀
A：单机装不下就分
一万六千槽抽屉
取模定位找柜子
挂了槽位自动搬