Redis Cluster Gossip 協(xié)議

大家好，我是歷小冰，今天來講一下 Reids Cluster 的 Gossip 協(xié)議和集群操作，文章的思維導圖如下所示。

集群模式和 Gossip 簡介

對于數(shù)據(jù)存儲領域，當數(shù)據(jù)量或者請求流量大到一定程度后，就必然會引入分布式。比如 Redis，雖然其單機性能十分優(yōu)秀，但是因為下列原因時，也不得不引入集群。

• 單機無法保證高可用，需要引入多實例來提供高可用性
• 單機能夠提供高達 8W 左右的QPS，再高的QPS則需要引入多實例
• 單機能夠支持的數(shù)據(jù)量有限，處理更多的數(shù)據(jù)需要引入多實例；
• 單機所處理的網(wǎng)絡流量已經超過服務器的網(wǎng)卡的上限值，需要引入多實例來分流。

有集群，集群往往需要維護一定的元數(shù)據(jù)，比如實例的ip地址，緩存分片的 slots 信息等，所以需要一套分布式機制來維護元數(shù)據(jù)的一致性。這類機制一般有兩個模式：分散式和集中式

分散式機制將元數(shù)據(jù)存儲在部分或者所有節(jié)點上，不同節(jié)點之間進行不斷的通信來維護元數(shù)據(jù)的變更和一致性。Redis Cluster，Consul 等都是該模式。

而集中式是將集群元數(shù)據(jù)集中存儲在外部節(jié)點或者中間件上，比如 zookeeper。舊版本的 kafka 和 storm 等都是使用該模式。

兩種模式各有優(yōu)劣，具體如下表所示：

模式優(yōu)點缺點

集中式	數(shù)據(jù)更新及時，時效好，元數(shù)據(jù)的更新和讀取，時效性非常好，一旦元數(shù)據(jù)出現(xiàn)了變更，立即就更新到集中式的外部節(jié)點中，其他節(jié)點讀取的時候立即就可以感知到;	較大數(shù)據(jù)更新壓力，更新壓力全部集中在外部節(jié)點，作為單點影響整個系統(tǒng)
分散式	數(shù)據(jù)更新壓力分散，元數(shù)據(jù)的更新比較分散，不是集中某一個節(jié)點，更新請求比較分散，而且有不同節(jié)點處理，有一定的延時，降低了并發(fā)壓力	數(shù)據(jù)更新延遲，可能導致集群的感知有一定的滯后

分散式的元數(shù)據(jù)模式有多種可選的算法進行元數(shù)據(jù)的同步，比如說 Paxos、Raft 和 Gossip。Paxos 和 Raft 等都需要全部節(jié)點或者大多數(shù)節(jié)點(超過一半)正常運行，整個集群才能穩(wěn)定運行，而 Gossip 則不需要半數(shù)以上的節(jié)點運行。

Gossip 協(xié)議，顧名思義，就像流言蜚語一樣，利用一種隨機、帶有傳染性的方式，將信息傳播到整個網(wǎng)絡中，并在一定時間內，使得系統(tǒng)內的所有節(jié)點數(shù)據(jù)一致。對你來說，掌握這個協(xié)議不僅能很好地理解這種最常用的，實現(xiàn)最終一致性的算法，也能在后續(xù)工作中得心應手地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的最終一致性。

Gossip 協(xié)議又稱 epidemic 協(xié)議（epidemic protocol），是基于流行病傳播方式的節(jié)點或者進程之間信息交換的協(xié)議，在P2P網(wǎng)絡和分布式系統(tǒng)中應用廣泛，它的方法論也特別簡單：

在一個處于有界網(wǎng)絡的集群里，如果每個節(jié)點都隨機與其他節(jié)點交換特定信息，經過足夠長的時間后，集群各個節(jié)點對該份信息的認知終將收斂到一致。

這里的“特定信息”一般就是指集群狀態(tài)、各節(jié)點的狀態(tài)以及其他元數(shù)據(jù)等。Gossip協(xié)議是完全符合 BASE 原則，可以用在任何要求最終一致性的領域，比如分布式存儲和注冊中心。另外，它可以很方便地實現(xiàn)彈性集群，允許節(jié)點隨時上下線，提供快捷的失敗檢測和動態(tài)負載均衡等。

此外，Gossip 協(xié)議的最大的好處是，即使集群節(jié)點的數(shù)量增加，每個節(jié)點的負載也不會增加很多，幾乎是恒定的。這就允許 Redis Cluster 或者 Consul 集群管理的節(jié)點規(guī)模能橫向擴展到數(shù)千個。

Redis Cluster 的 Gossip 通信機制

Redis Cluster 是在 3.0 版本引入集群功能。為了讓讓集群中的每個實例都知道其他所有實例的狀態(tài)信息，Redis 集群規(guī)定各個實例之間按照 Gossip 協(xié)議來通信傳遞信息。

上圖展示了主從架構的 Redis Cluster 示意圖，其中實線表示節(jié)點間的主從復制關系，而虛線表示各個節(jié)點之間的 Gossip 通信。

Redis Cluster 中的每個節(jié)點都維護一份自己視角下的當前整個集群的狀態(tài)，主要包括：

當前集群狀態(tài)

集群中各節(jié)點所負責的 slots信息，及其migrate狀態(tài)

集群中各節(jié)點的master-slave狀態(tài)

集群中各節(jié)點的存活狀態(tài)及懷疑Fail狀態(tài)

也就是說上面的信息，就是集群中Node相互八卦傳播流言蜚語的內容主題，而且比較全面，既有自己的更有別人的，這么一來大家都相互傳，最終信息就全面而且一致了。

Redis Cluster 的節(jié)點之間會相互發(fā)送多種消息，較為重要的如下所示：

• MEET：通過「cluster meet ip port」命令，已有集群的節(jié)點會向新的節(jié)點發(fā)送邀請，加入現(xiàn)有集群，然后新節(jié)點就會開始與其他節(jié)點進行通信；
• PING：節(jié)點按照配置的時間間隔向集群中其他節(jié)點發(fā)送 ping 消息，消息中帶有自己的狀態(tài)，還有自己維護的集群元數(shù)據(jù)，和部分其他節(jié)點的元數(shù)據(jù)；
• PONG: 節(jié)點用于回應 PING 和 MEET 的消息，結構和 PING 消息類似，也包含自己的狀態(tài)和其他信息，也可以用于信息廣播和更新；
• FAIL: 節(jié)點 PING 不通某節(jié)點后，會向集群所有節(jié)點廣播該節(jié)點掛掉的消息。其他節(jié)點收到消息后標記已下線。

Redis 的源碼中 cluster.h 文件定義了全部的消息類型，代碼為 redis 4.0版本。

// 注意，PING 、 PONG 和 MEET 實際上是同一種消息。 // PONG 是對 PING 的回復，它的實際格式也為 PING 消息， // 而 MEET 則是一種特殊的 PING 消息，用于強制消息的接收者將消息的發(fā)送者添加到集群中（如果節(jié)點尚未在節(jié)點列表中的話） #define CLUSTERMSG_TYPE_PING 0 /* Ping 消息 */ #define CLUSTERMSG_TYPE_PONG 1 /* Pong 用于回復Ping */ #define CLUSTERMSG_TYPE_MEET 2 /* Meet 請求將某個節(jié)點添加到集群中 */ #define CLUSTERMSG_TYPE_FAIL 3 /* Fail 將某個節(jié)點標記為 FAIL */ #define CLUSTERMSG_TYPE_PUBLISH 4 /* 通過發(fā)布與訂閱功能廣播消息 */ #define CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_REQUEST 5 /* 請求進行故障轉移操作，要求消息的接收者通過投票來支持消息的發(fā)送者 */ #define CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_ACK 6 /* 消息的接收者同意向消息的發(fā)送者投票 */ #define CLUSTERMSG_TYPE_UPDATE 7 /* slots 已經發(fā)生變化，消息發(fā)送者要求消息接收者進行相應的更新 */ #define CLUSTERMSG_TYPE_MFSTART 8 /* 為了進行手動故障轉移，暫停各個客戶端 */ #define CLUSTERMSG_TYPE_COUNT 9 /* 消息總數(shù) */

通過上述這些消息，集群中的每一個實例都能獲得其它所有實例的狀態(tài)信息。這樣一來，即使有新節(jié)點加入、節(jié)點故障、Slot 變更等事件發(fā)生，實例間也可以通過 PING、PONG 消息的傳遞，完成集群狀態(tài)在每個實例上的同步。下面，我們依次來看看幾種常見的場景。

定時 PING/PONG 消息

Redis Cluster 中的節(jié)點都會定時地向其他節(jié)點發(fā)送 PING 消息，來交換各個節(jié)點狀態(tài)信息，檢查各個節(jié)點狀態(tài)，包括在線狀態(tài)、疑似下線狀態(tài) PFAIL 和已下線狀態(tài) FAIL。

Redis 集群的定時 PING/PONG 的工作原理可以概括成兩點：

• 一是，每個實例之間會按照一定的頻率，從集群中隨機挑選一些實例，把 PING 消息發(fā)送給挑選出來的實例，用來檢測這些實例是否在線，并交換彼此的狀態(tài)信息。PING 消息中封裝了發(fā)送消息的實例自身的狀態(tài)信息、部分其它實例的狀態(tài)信息，以及 Slot 映射表。
• 二是，一個實例在接收到 PING 消息后，會給發(fā)送 PING 消息的實例，發(fā)送一個 PONG 消息。PONG 消息包含的內容和 PING 消息一樣。

下圖顯示了兩個實例間進行 PING、PONG 消息傳遞的情況，其中實例一為發(fā)送節(jié)點，實例二是接收節(jié)點

新節(jié)點上線

Redis Cluster 加入新節(jié)點時，客戶端需要執(zhí)行 CLUSTER MEET 命令，如下圖所示。

節(jié)點一在執(zhí)行 CLUSTER MEET 命令時會首先為新節(jié)點創(chuàng)建一個 clusterNode 數(shù)據(jù)，并將其添加到自己維護的 clusterState 的 nodes 字典中。有關 clusterState 和 clusterNode 關系，我們在最后一節(jié)會有詳盡的示意圖和源碼來講解。

然后節(jié)點一會根據(jù)據(jù) CLUSTER MEET 命令中的 IP 地址和端口號，向新節(jié)點發(fā)送一條 MEET 消息。新節(jié)點接收到節(jié)點一發(fā)送的MEET消息后，新節(jié)點也會為節(jié)點一創(chuàng)建一個 clusterNode 結構，并將該結構添加到自己維護的 clusterState 的 nodes 字典中。

接著，新節(jié)點向節(jié)點一返回一條PONG消息。節(jié)點一接收到節(jié)點B返回的PONG消息后，得知新節(jié)點已經成功的接收了自己發(fā)送的MEET消息。

最后，節(jié)點一還會向新節(jié)點發(fā)送一條 PING 消息。新節(jié)點接收到該條 PING 消息后，可以知道節(jié)點A已經成功的接收到了自己返回的P ONG消息，從而完成了新節(jié)點接入的握手操作。

MEET 操作成功之后，節(jié)點一會通過稍早時講的定時 PING 機制將新節(jié)點的信息發(fā)送給集群中的其他節(jié)點，讓其他節(jié)點也與新節(jié)點進行握手，最終，經過一段時間后，新節(jié)點會被集群中的所有節(jié)點認識。

節(jié)點疑似下線和真正下線

Redis Cluster 中的節(jié)點會定期檢查已經發(fā)送 PING 消息的接收方節(jié)點是否在規(guī)定時間 ( cluster-node-timeout ) 內返回了 PONG 消息，如果沒有則會將其標記為疑似下線狀態(tài)，也就是 PFAIL 狀態(tài)，如下圖所示。

然后，節(jié)點一會通過 PING 消息，將節(jié)點二處于疑似下線狀態(tài)的信息傳遞給其他節(jié)點，例如節(jié)點三。節(jié)點三接收到節(jié)點一的 PING 消息得知節(jié)點二進入 PFAIL 狀態(tài)后，會在自己維護的 clusterState 的 nodes 字典中找到節(jié)點二所對應的 clusterNode 結構，并將主節(jié)點一的下線報告添加到 clusterNode 結構的 fail_reports 鏈表中。

隨著時間的推移，如果節(jié)點十 (舉個例子) 也因為 PONG 超時而認為節(jié)點二疑似下線了，并且發(fā)現(xiàn)自己維護的節(jié)點二的 clusterNode 的 fail_reports 中有半數(shù)以上的主節(jié)點數(shù)量的未過時的將節(jié)點二標記為 PFAIL 狀態(tài)報告日志，那么節(jié)點十將會把節(jié)點二將被標記為已下線 FAIL 狀態(tài)，并且節(jié)點十會立刻向集群其他節(jié)點廣播主節(jié)點二已經下線的 FAIL 消息，所有收到 FAIL 消息的節(jié)點都會立即將節(jié)點二狀態(tài)標記為已下線。如下圖所示。

需要注意的是，報告疑似下線記錄是由時效性的，如果超過 cluster-node-timeout *2 的時間，這個報告就會被忽略掉，讓節(jié)點二又恢復成正常狀態(tài)。

Redis Cluster 通信源碼實現(xiàn)

綜上，我們了解了 Redis Cluster 在定時 PING/PONG、新節(jié)點上線、節(jié)點疑似下線和真正下線等環(huán)節(jié)的原理和操作流程，下面我們來真正看一下 Redis 在這些環(huán)節(jié)的源碼實現(xiàn)和具體操作。

涉及的數(shù)據(jù)結構體

首先，我們先來講解一下其中涉及的數(shù)據(jù)結構，也就是上文提到的 ClusterNode 等結構。

每個節(jié)點都會維護一個 clusterState 結構，表示當前集群的整體狀態(tài)，它的定義如下所示。

typedef struct clusterState {clusterNode *myself; /* 當前節(jié)點的clusterNode信息 */....dict *nodes; /* name到clusterNode的字典 */....clusterNode *slots[CLUSTER_SLOTS]; /* slot 和節(jié)點的對應關系*/.... } clusterState;

它有三個比較關鍵的字段，具體示意圖如下所示：

• myself 字段，是一個 clusterNode 結構，用來記錄自己的狀態(tài)；
• nodes 字典，記錄一個 name 到 clusterNode 結構的映射，以此來記錄其他節(jié)點的狀態(tài)；
• slot 數(shù)組，記錄slot 對應的節(jié)點 clusterNode結構。

clusterNode 結構保存了一個節(jié)點的當前狀態(tài)，比如節(jié)點的創(chuàng)建時間、節(jié)點的名字、節(jié)點 當前的配置紀元、節(jié)點的IP地址和端口號等等。除此之外，clusterNode結構的 link 屬性是一個clusterLink結構，該結構保存了連接節(jié)點所需的有關信息，比如套接字描述符，輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。clusterNode 還有一個 fail_report 的列表，用來記錄疑似下線報告。具體定義如下所示。

typedef struct clusterNode {mstime_t ctime; /* 創(chuàng)建節(jié)點的時間 */char name[CLUSTER_NAMELEN]; /* 節(jié)點的名字 */int flags; /* 節(jié)點標識，標記節(jié)點角色或者狀態(tài)，比如主節(jié)點從節(jié)點或者在線和下線 */uint64_t configEpoch; /* 當前節(jié)點已知的集群統(tǒng)一epoch */unsigned char slots[CLUSTER_SLOTS/8]; /* slots handled by this node */int numslots; /* Number of slots handled by this node */int numslaves; /* Number of slave nodes, if this is a master */struct clusterNode **slaves; /* pointers to slave nodes */struct clusterNode *slaveof; /* pointer to the master node. Note that itmay be NULL even if the node is a slaveif we don't have the master node in ourtables. */mstime_t ping_sent; /* 當前節(jié)點最后一次向該節(jié)點發(fā)送 PING 消息的時間 */mstime_t pong_received; /* 當前節(jié)點最后一次收到該節(jié)點 PONG 消息的時間 */mstime_t fail_time; /* FAIL 標志位被設置的時間 */mstime_t voted_time; /* Last time we voted for a slave of this master */mstime_t repl_offset_time; /* Unix time we received offset for this node */mstime_t orphaned_time; /* Starting time of orphaned master condition */long long repl_offset; /* 當前節(jié)點的repl便宜 */char ip[NET_IP_STR_LEN]; /* 節(jié)點的IP 地址 */int port; /* 端口 */int cport; /* 通信端口，一般是端口+1000 */clusterLink *link; /* 和該節(jié)點的 tcp 連接 */list *fail_reports; /* 下線記錄列表 */ } clusterNode;

clusterNodeFailReport 是記錄節(jié)點下線報告的結構體， node 是報告節(jié)點的信息，而 time 則代表著報告時間。

typedef struct clusterNodeFailReport {struct clusterNode *node; /* 報告當前節(jié)點已經下線的節(jié)點 */mstime_t time; /* 報告時間 */ } clusterNodeFailReport;

消息結構體

了解了 Reids 節(jié)點維護的數(shù)據(jù)結構體后，我們再來看節(jié)點進行通信的消息結構體。 通信消息最外側的結構體為 clusterMsg，它包括了很多消息記錄信息，包括 RCmb 標志位，消息總長度，消息協(xié)議版本，消息類型；它還包括了發(fā)送該消息節(jié)點的記錄信息，比如節(jié)點名稱，節(jié)點負責的slot信息，節(jié)點ip和端口等；最后它包含了一個 clusterMsgData 來攜帶具體類型的消息。

typedef struct {char sig[4]; /* 標志位，"RCmb" (Redis Cluster message bus). */uint32_t totlen; /* 消息總長度 */uint16_t ver; /* 消息協(xié)議版本 */uint16_t port; /* 端口 */uint16_t type; /* 消息類型 */uint16_t count; /* */uint64_t currentEpoch; /* 表示本節(jié)點當前記錄的整個集群的統(tǒng)一的epoch，用來決策選舉投票等，與configEpoch不同的是：configEpoch表示的是master節(jié)點的唯一標志，currentEpoch是集群的唯一標志。 */uint64_t configEpoch; /* 每個master節(jié)點都有一個唯一的configEpoch做標志，如果和其他master節(jié)點沖突，會強制自增使本節(jié)點在集群中唯一 */uint64_t offset; /* 主從復制偏移相關信息，主節(jié)點和從節(jié)點含義不同 */char sender[CLUSTER_NAMELEN]; /* 發(fā)送節(jié)點的名稱 */unsigned char myslots[CLUSTER_SLOTS/8]; /* 本節(jié)點負責的slots信息,16384/8個char數(shù)組，一共為16384bit */char slaveof[CLUSTER_NAMELEN]; /* master信息，假如本節(jié)點是slave節(jié)點的話，協(xié)議帶有master信息 */char myip[NET_IP_STR_LEN]; /* IP */char notused1[34]; /* 保留字段 */uint16_t cport; /* 集群的通信端口 */uint16_t flags; /* 本節(jié)點當前的狀態(tài)，比如 CLUSTER_NODE_HANDSHAKE、CLUSTER_NODE_MEET */unsigned char state; /* Cluster state from the POV of the sender */unsigned char mflags[3]; /* 本條消息的類型，目前只有兩類：CLUSTERMSG_FLAG0_PAUSED、CLUSTERMSG_FLAG0_FORCEACK */union clusterMsgData data; } clusterMsg;

clusterMsgData 是一個 union 結構體，它可以為 PING，MEET，PONG 或者 FAIL 等消息體。其中當消息為 PING、MEET 和 PONG 類型時，ping 字段是被賦值的，而是 FAIL 類型時，fail 字段是被賦值的。

// 注意這是 union 關鍵字 union clusterMsgData {/* PING, MEET 或者 PONG 消息時，ping 字段被賦值 */struct {/* Array of N clusterMsgDataGossip structures */clusterMsgDataGossip gossip[1];} ping;/* FAIL 消息時，fail 被賦值 */struct {clusterMsgDataFail about;} fail;// .... 省略 publish 和 update 消息的字段 };

clusterMsgDataGossip 是 PING、PONG 和 MEET 消息的結構體，它會包括發(fā)送消息節(jié)點維護的其他節(jié)點信息，也就是上文中 clusterState 中 nodes 字段包含的信息，具體代碼如下所示，你也會發(fā)現(xiàn)二者的字段是類似的。

typedef struct {/* 節(jié)點的名字，默認是隨機的，MEET消息發(fā)送并得到回復后，集群會為該節(jié)點設置正式的名稱*/char nodename[CLUSTER_NAMELEN]; uint32_t ping_sent; /* 發(fā)送節(jié)點最后一次給接收節(jié)點發(fā)送 PING 消息的時間戳，收到對應 PONG 回復后會被賦值為0 */uint32_t pong_received; /* 發(fā)送節(jié)點最后一次收到接收節(jié)點發(fā)送 PONG 消息的時間戳 */char ip[NET_IP_STR_LEN]; /* IP address last time it was seen */uint16_t port; /* IP*/ uint16_t cport; /* 端口*/ uint16_t flags; /* 標識*/ uint32_t notused1; /* 對齊字符*/ } clusterMsgDataGossip;typedef struct {char nodename[CLUSTER_NAMELEN]; /* 下線節(jié)點的名字 */ } clusterMsgDataFail;

看完了節(jié)點維護的數(shù)據(jù)結構體和發(fā)送的消息結構體后，我們就來看看 Redis 的具體行為源碼了。

隨機周期性發(fā)送PING消息

Redis 的 clusterCron 函數(shù)會被定時調用，每被執(zhí)行10次，就會準備向隨機的一個節(jié)點發(fā)送 PING 消息。

它會先隨機的選出 5 個節(jié)點，然后從中選擇最久沒有與之通信的節(jié)點，調用 clusterSendPing 函數(shù)發(fā)送類型為 CLUSTERMSG_TYPE_PING 的消息

// cluster.c 文件 // clusterCron() 每執(zhí)行 10 次（至少間隔一秒鐘），就向一個隨機節(jié)點發(fā)送 gossip 信息 if (!(iteration % 10)) {int j;/* 隨機 5 個節(jié)點，選出其中一個 */for (j = 0; j < 5; j++) {de = dictGetRandomKey(server.cluster->nodes);clusterNode *this = dictGetVal(de);/* 不要 PING 連接斷開的節(jié)點，也不要 PING 最近已經 PING 過的節(jié)點 */if (this->link == NULL || this->ping_sent != 0) continue;if (this->flags & (CLUSTER_NODE_MYSELF|CLUSTER_NODE_HANDSHAKE))continue;/* 對比 pong_received 字段，選出更長時間未收到其 PONG 消息的節(jié)點(表示好久沒有接受到該節(jié)點的PONG消息了) */if (min_pong_node == NULL || min_pong > this->pong_received) {min_pong_node = this;min_pong = this->pong_received;}}/* 向最久沒有收到 PONG 回復的節(jié)點發(fā)送 PING 命令 */if (min_pong_node) {serverLog(LL_DEBUG,"Pinging node %.40s", min_pong_node->name);clusterSendPing(min_pong_node->link, CLUSTERMSG_TYPE_PING);} }

clusterSendPing 函數(shù)的具體行為我們后續(xù)再了解，因為該函數(shù)在其他環(huán)節(jié)也會經常用到

節(jié)點加入集群

當節(jié)點執(zhí)行 CLUSTER MEET 命令后，會在自身給新節(jié)點維護一個 clusterNode 結構體，該結構體的 link 也就是TCP連接字段是 null，表示是新節(jié)點尚未建立連接。

clusterCron 函數(shù)中也會處理這些未建立連接的新節(jié)點，調用 createClusterLink 創(chuàng)立連接，然后調用 clusterSendPing 函數(shù)來發(fā)送 MEET 消息

/* cluster.c clusterCron 函數(shù)部分,為未創(chuàng)建連接的節(jié)點創(chuàng)建連接 */ if (node->link == NULL) {int fd;mstime_t old_ping_sent;clusterLink *link;/* 和該節(jié)點建立連接 */fd = anetTcpNonBlockBindConnect(server.neterr, node->ip,node->cport, NET_FIRST_BIND_ADDR);/* .... fd 為-1時的異常處理 *//* 建立 link */link = createClusterLink(node);link->fd = fd;node->link = link;aeCreateFileEvent(server.el,link->fd,AE_READABLE,clusterReadHandler,link);/* 向新連接的節(jié)點發(fā)送 PING 命令，防止節(jié)點被識進入下線 *//* 如果節(jié)點被標記為 MEET ，那么發(fā)送 MEET 命令，否則發(fā)送 PING 命令 */old_ping_sent = node->ping_sent;clusterSendPing(link, node->flags & CLUSTER_NODE_MEET ?CLUSTERMSG_TYPE_MEET : CLUSTERMSG_TYPE_PING);/* .... *//* 如果當前節(jié)點（發(fā)送者）沒能收到 MEET 信息的回復，那么它將不再向目標節(jié)點發(fā)送命令。*//* 如果接收到回復的話，那么節(jié)點將不再處于 HANDSHAKE 狀態(tài)，并繼續(xù)向目標節(jié)點發(fā)送普通 PING 命令*/node->flags &= ~CLUSTER_NODE_MEET; }

防止節(jié)點假超時及狀態(tài)過期

防止節(jié)點假超時和標記疑似下線標記也是在 clusterCron 函數(shù)中，具體如下所示。它會檢查當前所有的 nodes 節(jié)點列表，如果發(fā)現(xiàn)某個節(jié)點與自己的最后一個 PONG 通信時間超過了預定的閾值的一半時，為了防止節(jié)點是假超時，會主動釋放掉與之的 link 連接，然后會主動向它發(fā)送一個 PING 消息。

/* cluster.c clusterCron 函數(shù)部分，遍歷節(jié)點來檢查 fail 的節(jié)點*/ while((de = dictNext(di)) != NULL) {clusterNode *node = dictGetVal(de);now = mstime(); /* Use an updated time at every iteration. */mstime_t delay;/* 如果等到 PONG 到達的時間超過了 node timeout 一半的連接 *//* 因為盡管節(jié)點依然正常，但連接可能已經出問題了 */if (node->link && /* is connected */now - node->link->ctime >server.cluster_node_timeout && /* 還未重連 */node->ping_sent && /* 已經發(fā)過ping消息 */node->pong_received < node->ping_sent && /* 還在等待pong消息 *//* 等待pong消息超過了 timeout/2 */now - node->ping_sent > server.cluster_node_timeout/2){/* 釋放連接，下次 clusterCron() 會自動重連 */freeClusterLink(node->link);}/* 如果目前沒有在 PING 節(jié)點*//* 并且已經有 node timeout 一半的時間沒有從節(jié)點那里收到 PONG 回復 *//* 那么向節(jié)點發(fā)送一個 PING ，確保節(jié)點的信息不會太舊，有可能一直沒有隨機中 */if (node->link &&node->ping_sent == 0 &&(now - node->pong_received) > server.cluster_node_timeout/2){clusterSendPing(node->link, CLUSTERMSG_TYPE_PING);continue;}/* .... 處理failover和標記遺失下線 */ }

處理failover和標記疑似下線

如果防止節(jié)點假超時處理后，節(jié)點依舊未收到目標節(jié)點的 PONG 消息，并且時間已經超過了 cluster_node_timeout，那么就將該節(jié)點標記為疑似下線狀態(tài)。

/* 如果這是一個主節(jié)點，并且有一個從服務器請求進行手動故障轉移,那么向從服務器發(fā)送 PING*/ if (server.cluster->mf_end &&nodeIsMaster(myself) &&server.cluster->mf_slave == node &&node->link) {clusterSendPing(node->link, CLUSTERMSG_TYPE_PING);continue; }/* 后續(xù)代碼只在節(jié)點發(fā)送了 PING 命令的情況下執(zhí)行*/ if (node->ping_sent == 0) continue;/* 計算等待 PONG 回復的時長 */ delay = now - node->ping_sent; /* 等待 PONG 回復的時長超過了限制值，將目標節(jié)點標記為 PFAIL （疑似下線)*/ if (delay > server.cluster_node_timeout) {/* 超時了，標記為疑似下線 */if (!(node->flags & (REDIS_NODE_PFAIL|REDIS_NODE_FAIL))) {redisLog(REDIS_DEBUG,"*** NODE %.40s possibly failing",node->name);// 打開疑似下線標記node->flags |= REDIS_NODE_PFAIL;update_state = 1;} }

實際發(fā)送Gossip消息

以下是前方多次調用過的clusterSendPing()方法的源碼，代碼中有詳細的注釋，大家可以自行閱讀。主要的操作就是將節(jié)點自身維護的 clusterState 轉換為對應的消息結構體，。

/* 向指定節(jié)點發(fā)送一條 MEET 、 PING 或者 PONG 消息 */ void clusterSendPing(clusterLink *link, int type) {unsigned char *buf;clusterMsg *hdr;int gossipcount = 0; /* Number of gossip sections added so far. */int wanted; /* Number of gossip sections we want to append if possible. */int totlen; /* Total packet length. */// freshnodes 是用于發(fā)送 gossip 信息的計數(shù)器// 每次發(fā)送一條信息時，程序將 freshnodes 的值減一// 當 freshnodes 的數(shù)值小于等于 0 時，程序停止發(fā)送 gossip 信息// freshnodes 的數(shù)量是節(jié)點目前的 nodes 表中的節(jié)點數(shù)量減去 2 // 這里的 2 指兩個節(jié)點，一個是 myself 節(jié)點（也即是發(fā)送信息的這個節(jié)點）// 另一個是接受 gossip 信息的節(jié)點int freshnodes = dictSize(server.cluster->nodes)-2;/* 計算要攜帶多少節(jié)點的信息，最少3個，最多 1/10 集群總節(jié)點數(shù)量*/wanted = floor(dictSize(server.cluster->nodes)/10);if (wanted < 3) wanted = 3;if (wanted > freshnodes) wanted = freshnodes;/* .... 省略 totlen 的計算等*//* 如果發(fā)送的信息是 PING ，那么更新最后一次發(fā)送 PING 命令的時間戳 */if (link->node && type == CLUSTERMSG_TYPE_PING)link->node->ping_sent = mstime();/* 將當前節(jié)點的信息（比如名字、地址、端口號、負責處理的槽）記錄到消息里面 */clusterBuildMessageHdr(hdr,type);/* Populate the gossip fields */int maxiterations = wanted*3;/* 每個節(jié)點有 freshnodes 次發(fā)送 gossip 信息的機會每次向目標節(jié)點發(fā)送 2 個被選中節(jié)點的 gossip 信息（gossipcount 計數(shù)） */while(freshnodes > 0 && gossipcount < wanted && maxiterations--) {/* 從 nodes 字典中隨機選出一個節(jié)點（被選中節(jié)點） */dictEntry *de = dictGetRandomKey(server.cluster->nodes);clusterNode *this = dictGetVal(de);/* 以下節(jié)點不能作為被選中節(jié)點：* Myself:節(jié)點本身。* PFAIL狀態(tài)的節(jié)點* 處于 HANDSHAKE 狀態(tài)的節(jié)點。* 帶有 NOADDR 標識的節(jié)點* 因為不處理任何 Slot 而被斷開連接的節(jié)點 */if (this == myself) continue;if (this->flags & CLUSTER_NODE_PFAIL) continue;if (this->flags & (CLUSTER_NODE_HANDSHAKE|CLUSTER_NODE_NOADDR) ||(this->link == NULL && this->numslots == 0)){freshnodes--; /* Tecnically not correct, but saves CPU. */continue;}// 檢查被選中節(jié)點是否已經在 hdr->data.ping.gossip 數(shù)組里面// 如果是的話說明這個節(jié)點之前已經被選中了// 不要再選中它（否則就會出現(xiàn)重復）if (clusterNodeIsInGossipSection(hdr,gossipcount,this)) continue;/* 這個被選中節(jié)點有效，計數(shù)器減一 */clusterSetGossipEntry(hdr,gossipcount,this);freshnodes--;gossipcount++;}/* .... 如果有 PFAIL 節(jié)點，最后添加 *//* 計算信息長度 */totlen = sizeof(clusterMsg)-sizeof(union clusterMsgData);totlen += (sizeof(clusterMsgDataGossip)*gossipcount);/* 將被選中節(jié)點的數(shù)量（gossip 信息中包含了多少個節(jié)點的信息）記錄在 count 屬性里面*/hdr->count = htons(gossipcount);/* 將信息的長度記錄到信息里面 */hdr->totlen = htonl(totlen);/* 發(fā)送網(wǎng)絡請求 */clusterSendMessage(link,buf,totlen);zfree(buf); }void clusterSetGossipEntry(clusterMsg *hdr, int i, clusterNode *n) {clusterMsgDataGossip *gossip;/* 指向 gossip 信息結構 */gossip = &(hdr->data.ping.gossip[i]);/* 將被選中節(jié)點的名字記錄到 gossip 信息 */ memcpy(gossip->nodename,n->name,CLUSTER_NAMELEN);/* 將被選中節(jié)點的 PING 命令發(fā)送時間戳記錄到 gossip 信息 */gossip->ping_sent = htonl(n->ping_sent/1000);/* 將被選中節(jié)點的 PONG 命令回復的時間戳記錄到 gossip 信息 */gossip->pong_received = htonl(n->pong_received/1000);/* 將被選中節(jié)點的 IP 記錄到 gossip 信息 */memcpy(gossip->ip,n->ip,sizeof(n->ip));/* 將被選中節(jié)點的端口號記錄到 gossip 信息 */gossip->port = htons(n->port);gossip->cport = htons(n->cport);/* 將被選中節(jié)點的標識值記錄到 gossip 信息 */gossip->flags = htons(n->flags);gossip->notused1 = 0; }

下面是 clusterBuildMessageHdr 函數(shù)，它主要負責填充消息結構體中的基礎信息和當前節(jié)點的狀態(tài)信息。

/* 構建消息的 header */ void clusterBuildMessageHdr(clusterMsg *hdr, int type) {int totlen = 0;uint64_t offset;clusterNode *master;/* 如果當前節(jié)點是salve，則master為其主節(jié)點，如果當前節(jié)點是master節(jié)點，則master就是當前節(jié)點 */master = (nodeIsSlave(myself) && myself->slaveof) ?myself->slaveof : myself;memset(hdr,0,sizeof(*hdr));/* 初始化協(xié)議版本、標識、及類型， */hdr->ver = htons(CLUSTER_PROTO_VER);hdr->sig[0] = 'R';hdr->sig[1] = 'C';hdr->sig[2] = 'm';hdr->sig[3] = 'b';hdr->type = htons(type);/* 消息頭設置當前節(jié)點id */memcpy(hdr->sender,myself->name,CLUSTER_NAMELEN);/* 消息頭設置當前節(jié)點ip */memset(hdr->myip,0,NET_IP_STR_LEN);if (server.cluster_announce_ip) {strncpy(hdr->myip,server.cluster_announce_ip,NET_IP_STR_LEN);hdr->myip[NET_IP_STR_LEN-1] = '\0';}/* 基礎端口及集群內節(jié)點通信端口 */int announced_port = server.cluster_announce_port ?server.cluster_announce_port : server.port;int announced_cport = server.cluster_announce_bus_port ?server.cluster_announce_bus_port :(server.port + CLUSTER_PORT_INCR);/* 設置當前節(jié)點的槽信息 */memcpy(hdr->myslots,master->slots,sizeof(hdr->myslots));memset(hdr->slaveof,0,CLUSTER_NAMELEN);if (myself->slaveof != NULL)memcpy(hdr->slaveof,myself->slaveof->name, CLUSTER_NAMELEN);hdr->port = htons(announced_port);hdr->cport = htons(announced_cport);hdr->flags = htons(myself->flags);hdr->state = server.cluster->state;/* 設置 currentEpoch and configEpochs. */hdr->currentEpoch = htonu64(server.cluster->currentEpoch);hdr->configEpoch = htonu64(master->configEpoch);/* 設置復制偏移量 */if (nodeIsSlave(myself))offset = replicationGetSlaveOffset();elseoffset = server.master_repl_offset;hdr->offset = htonu64(offset);/* Set the message flags. */if (nodeIsMaster(myself) && server.cluster->mf_end)hdr->mflags[0] |= CLUSTERMSG_FLAG0_PAUSED;/* 計算并設置消息的總長度 */if (type == CLUSTERMSG_TYPE_FAIL) {totlen = sizeof(clusterMsg)-sizeof(union clusterMsgData);totlen += sizeof(clusterMsgDataFail);} else if (type == CLUSTERMSG_TYPE_UPDATE) {totlen = sizeof(clusterMsg)-sizeof(union clusterMsgData);totlen += sizeof(clusterMsgDataUpdate);}hdr->totlen = htonl(totlen); }

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Redis Cluster Gossip 协议详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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