详细说说哈希槽
Redis 哈希槽是 Redis 集群中用于分片数据的一种机制。哈希槽的概念可以简单理解为一种数据分片的方式，将所有的数据分散存储在多个节点上，以实现数据的高可用和扩展性。
Redis 集群中共有 16384 个哈希槽，每个槽可以存储一个键值对。当有新的键值对需要存储时，Redis 使用一致性哈希算法将键映射到一个哈希槽中。每个 Redis 节点负责管理一部分哈希槽，节点之间通过 Gossip 协议来进行信息交换，以保证集群的一致性。
在 Redis 集群中，当一个节点宕机或者新增加一个节点时，哈希槽会重新分配。集群会自动将宕机节点上的槽重新分配给其他节点，并且保证每个节点分配的槽数尽量均等。这样可以保证数据的高可用性和负载均衡。
使用 Redis 哈希槽的好处是可以方便地扩展集群的容量，当数据量增大时，可以通过增加节点来分担数据的存储压力。同时，由于哈希槽的分配是自动的，所以对于应用程序而言是透明的，不需要额外的逻辑来处理数据分片。
手动分配哈希槽
示意图中的切片集群一共有 3 个实例，假设有 5 个哈希槽，我们可以通过下面的命令手动分配哈希槽：实例 1 保存哈希槽 0 和 1，实例 2 保存哈希槽 2 和 3，实例 3 保存哈希槽 4。
redis-cli -h 172.16.19.3 –p 6379 cluster addslots 0,1 redis-cli -h 172.16.19.4 –p 6379 cluster addslots 2,3 redis-cli -h 172.16.19.5 –p 6379 cluster addslots 4
在集群运行的过程中，key1 和 key2 计算完 CRC16 值后，对哈希槽总个数 5 取模，再根据各自的模数结果，就可以被映射到对应的实例 1 和实例 3 上了。
!! 在手动分配哈希槽时，需要把 16384 个槽都分配完，否则 Redis 集群无法正常工作。
客户端如何定位数据？
在 Redis 集群中，客户端定位数据的过程如下：
- 客户端根据键使用一致性哈希算法（Consistent Hashing）计算哈希值。
- 根据哈希值，客户端将键映射到某个哈希槽。
- 客户端向集群的其中一个节点发送命令请求。
- 接收到请求的节点根据哈希槽的分配信息，确定哪个节点负责管理该哈希槽。
- 负责该哈希槽的节点将命令请求转发给对应的数据节点。
- 数据节点执行命令，将结果返回给负责该哈希槽的节点。
- 负责该哈希槽的节点将结果返回给客户端。
通过这个过程，客户端可以定位到存储在 Redis 集群中的数据，并且可以与集群进行交互。这种方式使得客户端可以直接与任意一个节点进行通信，而不需要知道具体的数据分布和节点拓扑。
一致性哈希算法是用来解决数据分片和负载均衡的常用方法，它可以将数据均匀地分布到不同的节点上，避免某个节点负载过高。同时，当节点发生故障或者新增节点时，一致性哈希算法可以最小化数据的迁移量，使得集群可以快速调整和恢复。
需要注意的是，Redis 集群的客户端不需要手动实现一致性哈希算法，因为该算法已经由 Redis 集群内部实现。客户端只需要使用对应的库或驱动程序，如redis-py-cluster库，来连接 Redis 集群，并且直接使用普通的 Redis 命令进行数据操作。库会自动处理数据的定位和节点间的转发。
Moved 重定向命令
在 Redis 集群中，当客户端向一个节点发送命令请求时，如果该节点不负责处理该命令所涉及的哈希槽，它会返回一个 MOVED 重定向错误。
MOVED 重定向错误包含了正确的节点信息，告诉客户端应该向哪个节点重新发送命令。客户端可以根据 MOVED 错误中的信息，更新自己的节点映射表，然后重新发送命令到正确的节点。
以下是一个使用 Python 的 redis-py 库处理 MOVED 重定向错误的示例：
import redis # 创建Redis集群连接 cluster = redis.RedisCluster(host='127.0.0.1', port=7000) # 存储数据 cluster.set('key1', 'value1') # 获取数据 try: value = cluster.get('key1') print(value) except redis.exceptions.RedisClusterError as e: if isinstance(e, redis.exceptions.ResponseError) and e.args[0].startswith('MOVED'): # 解析MOVED错误信息 _, slot, addr = e.args[0].split() host, port = addr.rsplit(':', 1) # 更新节点映射表 cluster.connection_pool.nodes.set_node(host, int(port)) # 重新发送命令 value = cluster.get('key1') print(value) # 关闭连接 cluster.close()
在以上示例中，如果客户端收到一个 MOVED 错误，它会解析错误信息，获取正确的节点地址，并更新节点映射表。然后，客户端可以重新发送命令到正确的节点进行数据操作。
需要注意的是，MOVED 重定向错误只会在 Redis 集群模式下发生，单机模式不会出现该错误。因此，只有在使用 Redis 集群时，才需要处理 MOVED 重定向错误。在实际开发中，可以使用相应的库或驱动程序来自动处理 MOVED 错误，而无需手动编写处理逻辑。
ASK 命令
在 Redis 集群中，当客户端向一个节点发送一个不可处理的命令时，节点会返回一个 ASK 错误，指示客户端应该向指定的节点发送命令。客户端可以根据 ASK 错误中的信息，更新自己的节点映射表，并将命令发送到正确的节点上。
以下是一个使用 Python 的 redis-py 库处理 ASK 命令的示例：
import redis # 创建Redis集群连接 cluster = redis.RedisCluster(host='127.0.0.1', port=7000) # 存储数据 cluster.set('key1', 'value1') # 获取数据 try: value = cluster.get('key1') print(value) except redis.exceptions.RedisClusterError as e: if isinstance(e, redis.exceptions.ResponseError) and e.args[0].startswith('ASK'): # 解析ASK错误信息 _, slot, addr = e.args[0].split() host, port = addr.rsplit(':', 1) # 更新节点映射表 cluster.connection_pool.nodes.set_node(host, int(port)) # 重新发送命令 value = cluster.get('key1') print(value) # 关闭连接 cluster.close()
在以上示例中，如果客户端收到一个 ASK 错误，它会解析错误信息，获取正确的节点地址，并更新节点映射表。然后，客户端可以重新发送命令到正确的节点进行数据操作。
需要注意的是，ASK 命令只会在 Redis 集群模式下发生，单机模式不会出现该错误。因此，只有在使用 Redis 集群时，才需要处理 ASK 命令。在实际开发中，可以使用相应的库或驱动程序来自动处理 ASK 错误，而无需手动编写处理逻辑。
举个例子
可以看到，由于负载均衡，Slot 2 中的数据已经从实例 2 迁移到了实例 3，但是，客户端缓存仍然记录着“Slot 2 在实例 2”的信息，所以会给实例 2 发送命令。实例 2 给客户端返回一条 MOVED 命令，把 Slot 2 的最新位置（也就是在实例 3 上），返回给客户端，客户端就会再次向实例 3 发送请求，同时还会更新本地缓存，把 Slot 2 与实例的对应关系更新过来。
需要注意的是，在上图中，当客户端给实例 2 发送命令时，Slot 2 中的数据已经全部迁移到了实例 3。在实际应用时，如果 Slot 2 中的数据比较多，就可能会出现一种情况：客户端向实例 2 发送请求，但此时，Slot 2 中的数据只有一部分迁移到了实例 3，还有部分数据没有迁移。在这种迁移部分完成的情况下，客户端就会收到一条 ASK 报错信息，如下所示：
GET hello:key (error) ASK 13320 172.16.19.5:6379
这个结果中的 ASK 命令就表示，客户端请求的键值对所在的哈希槽 13320，在 172.16.19.5 这个实例上，但是这个哈希槽正在迁移。此时，客户端需要先给 172.16.19.5 这个实例发送一个 ASKING 命令。这个命令的意思是，让这个实例允许执行客户端接下来发送的命令。然后，客户端再向这个实例发送 GET 命令，以读取数据。
ASK 命令详解
在下图中，Slot 2 正在从实例 2 往实例 3 迁移，key1 和 key2 已经迁移过去，key3 和 key4 还在实例 2。客户端向实例 2 请求 key2 后，就会收到实例 2 返回的 ASK 命令。
ASK 命令表示两层含义：第一，表明 Slot 数据还在迁移中；第二，ASK 命令把客户端所请求数据的最新实例地址返回给客户端，此时，客户端需要给实例 3 发送 ASKING 命令，然后再发送操作命令。
和 MOVED 命令不同，ASK 命令并不会更新客户端缓存的哈希槽分配信息。所以，在上图中，如果客户端再次请求 Slot 2 中的数据，它还是会给实例 2 发送请求。这也就是说，ASK 命令的作用只是让客户端能给新实例发送一次请求，而不像 MOVED 命令那样，会更改本地缓存，让后续所有命令都发往新实例。
参考资料
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系列文章地址: https://blog.zysicyj.top/categories/技术文章/后端技术/系列文章/Redis/
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