RedisCluster集群中的插槽为什么是16384个？

RedisCluster集群中的插槽为什么是16384个？

CRC16的算法原理。

• 1.根据CRC16的标准选择初值CRCIn的值
• 2.将数据的第一个字节与CRCIn高8位异或
• 3.判断最高位，若该位为0左移一位，若为1左移一位再与多项式Hex码异或
• 4.重复3至9位全部移位计算结束
• 5.重复将所有输入数据操作完成以上步骤，所得16位数即16位CRC校验码

CRC16算法最大值。

CRC16算法，产生的哈希值有16bit位，可以产生65535(2^16)个值，也就是说值分布在0~65535之间，这个时候疑问就来了，槽位总数为什么是16384？65536不可以吗?
作者问题回答链接

Antirez(Redis作者)大神做了回复，归纳起来就是:

• 1.正常的心跳数据包携带节点携带节点的完整配置，它能以幂等方式来更新配置，如果采用16384个插槽，占用空间为2KB(16384 / 8 / 1024 = 2KB),如果采用65536个插槽，占用空间8KB(65536 / 8 / 1024=8KB)
• 2.Redis Cluster不太可能扩展到超过1000个主节点，太多可能导致网络拥堵
• 3.16384个插槽范围比较合适，当集群扩展到1000个节点时，也能确保每个master节点有足够的插槽

8KB的心跳包看似不大，但是这个是心跳包每秒都要将本节点的信息同步给其他集群节点。
比起16384个插槽，头大小增加了4倍，ping消息的消息头太大了，浪费带宽。

Redis主节点的哈希槽配置信息是通过bitmap来保存的，也就是位数组，元素的值为0或1.在传输过程中，会对bigmap进行压缩，bitmap的填充率越低，压缩率越高。bitmap填充率 = slots / N(N表示节点数)
所以插槽数偏低的话，填充率就会降低，压缩率会升高
综合下来，从心跳包的大小、网络带宽、心跳并发、压缩率等维度考虑，16384个插槽更有优势且能满足业务需求

为什么bitmap填充率越低，压缩率就越高？

在Redis中，对bit数组进行压缩时，压缩率与填充的数(或者说是1的数量)的关系是成反比的，因为在压缩过程中，Redis使用的是基于运行长度编码(Run-Length-Encoding,RLE)的压缩算法。RLE是一种基本的压缩算法，它通过识别重复出现的连续数据来减少存储空间。如果数据中存在
大量的连续重复字符，RLE算法的随机效果会非常好，反之，如果数据中的字符分布较为随机，没有出现太多连续的重复字符，那么RLE的压缩效果就不明显，甚至可能使数据变大

RLE示例

RLE算法示例。

AAABBBCCDDEEEEEFF

按照RLE算法进行压缩:
1.扫描到连续的3个A,记录为(A,3)
2.接下来是连续的3个B,记录为(B,3)
3.然后是2个C，记录为(C,2)
4.接着是2个D，记录为(D,2)
5.然后是4个E，记录为(E,4)
6.最后是3个F,记录为(F,4)

压缩后的数据为:

(A,3)(B,3)(C,2)(D,2)(E,4)(F,3)

master节点间心跳数据包格式

消息格式分为:消息头+消息体。消息头包含发送节点自身状态数据，接收节点根据消息头就可以获取到发送节点的相关数据相关代码在src/cluster.h文件中以5.0版本为例，如代码所示，消息头中有一个myslots的char类型数组

unsinged char myslots[CLUSTER_SLOTES/8]

数组长度为16384/8=2048.底层存储其实是一个
bitmap,每一位代表一个插槽，如果该位为1，表示这个插槽是属于这个节点的。消息体中，会携带一定数量的其他节点信息用于交换，约为集群总节点数量的1/10，节点数量越多，消息体内容越大。10个节点的消息体大小约为1kb,char 在C语言中占用一个字节

typedef struct {char sig[4];        // 信号的标识uint32_t totlen;    // 信号的长度uint16_t ver;       // 版本信息uint16_t port;      // tcp端口信息uint16_t type;      // 消息类型，用于区分meet,ping,ponguint16_t count;     // 消息体包含的节点数量，meet,ping,ponguint64_t currentEpoch;  // 当前发送节点的配置纪元uint64_t configEpoch;   // 从节点的主节点配置纪元uint64_t offset;    // 复制的偏移量unsigned char myslots[CLUSTER_SLOTS/8]; // 发送节点负责的插槽信息char slaveof[CLUSTER_NAMELEN]; // 如果发骚那个节点是从节点，记录对应主节点的nodeIdchar myip[NET_IP_STR_LEN];    /* Sender IP, if not all zeroed. */char notused1[34];  /* 34 bytes reserved for future usage. */uint16_t cport;      /* Sender TCP cluster bus port */uint16_t flags;      // 发送节点标识，区分主从是否下线unsigned char state; // 发送系欸但所处的集群状态unsigned char mflags[3]; /* Message flags: CLUSTERMSG_FLAG[012]_... */union clusterMsgData data;
} clusterMsg;

Master通信

master节点间心跳通讯。
Redis集群采用Gossip(流言)协议，Gossip协议工作原理就是节点彼此不断通信交换信息，一段时间后所有的节点都会知道集群完整的信息，类似流言传播

具体规则如下:

• 1.每秒会随机选取5个节点，找出最久没有通信的节点发送ping消息
• 2.每隔100ms都会扫描本地节点列表，如果发现节点最近一次接收pong消息的时间大于

cluster-node-timeout/2

则立即发送ping消息
集群中每个节点通过一定规则挑选要通信的节点，每个节点可能知道全部节点，也可能仅知道部分节点，只要这些节点彼此可以正常通信，最终它们会达到一致的状态。当节点出现故障、新节点加入、主从角色变化、插槽信息变更等事件发生时，通过不断地ping/pong消息通信，经过一段时间后所有节点都会知道整个集群 全部节点地最新状态，从而达到集群状态同步的目的