🌐 Redis 分散式架構：主從複製、哨兵、Cluster

📌 單機 Redis 的限制

解決方案：分散式架構。

📌 主從複製（Replication）

寫入請求 → Master（主節點）
                ↓ 自動同步
讀取請求 → Slave 1（從節點）
讀取請求 → Slave 2（從節點）

設定方式

# slave 的 redis.conf
replicaof 192.168.1.100 6379

# 或在 Redis CLI 中動態設定
REPLICAOF 192.168.1.100 6379

# 查看複製資訊
INFO replication

Docker Compose 範例

version: '3.8'
services:
  redis-master:
    image: redis:latest
    ports:
      - "6379:6379"

  redis-slave-1:
    image: redis:latest
    ports:
      - "6380:6379"
    command: redis-server --replicaof redis-master 6379

  redis-slave-2:
    image: redis:latest
    ports:
      - "6381:6379"
    command: redis-server --replicaof redis-master 6379

.NET 讀寫分離

// 連線字串指定多個節點
var config = ConfigurationOptions.Parse(
    "master:6379,slave1:6380,slave2:6381");
var redis = ConnectionMultiplexer.Connect(config);

// 讀取：自動走 Slave
var db = redis.GetDatabase();
var value = await db.StringGetAsync("key",
    CommandFlags.PreferReplica);

// 寫入：一定走 Master
await db.StringSetAsync("key", "value");

📌 Redis Sentinel（哨兵）

主從複製的問題：Master 掛了怎麼辦？ → Sentinel 自動故障轉移！

Sentinel 1 ──┐
Sentinel 2 ──┼── 監控 Master + Slaves
Sentinel 3 ──┘        ↓
              Master 掛了！
                ↓
        Sentinel 投票選新 Master
                ↓
        Slave 1 升級為 Master
        Slave 2 指向新 Master

設定方式

# sentinel.conf
sentinel monitor mymaster 192.168.1.100 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
sentinel parallel-syncs mymaster 1

.NET 連接 Sentinel

var config = new ConfigurationOptions
{
    ServiceName = "mymaster",
    CommandMap = CommandMap.Sentinel
};
config.EndPoints.Add("sentinel1:26379");
config.EndPoints.Add("sentinel2:26379");
config.EndPoints.Add("sentinel3:26379");

var redis = ConnectionMultiplexer.Connect(config);
// 自動連接到 Master，故障轉移時自動切換

📌 Redis Cluster

當資料量超過單機記憶體時，需要 分片（Sharding）。

Redis Cluster 共有 16384 個 Slot

Node A: Slot 0 ~ 5460
Node B: Slot 5461 ~ 10922
Node C: Slot 10923 ~ 16383

key "user:1001" → CRC16("user:1001") % 16384 → Slot 8732 → Node B
key "user:2001" → CRC16("user:2001") % 16384 → Slot 3291 → Node A

特點

• 資料自動分片到多個節點
• 每個 Master 有 Slave 備援
• 客戶端透過 MOVED 重導向找到正確節點
• 最少 3 個 Master + 3 個 Slave = 6 個節點

Docker Compose 搭建

version: '3.8'
services:
  redis-1:
    image: redis:latest
    command: >
      redis-server
      --cluster-enabled yes
      --cluster-config-file nodes.conf
      --cluster-node-timeout 5000
      --port 7001
    ports:
      - "7001:7001"

  redis-2:
    image: redis:latest
    command: >
      redis-server
      --cluster-enabled yes
      --cluster-config-file nodes.conf
      --cluster-node-timeout 5000
      --port 7002
    ports:
      - "7002:7002"

  redis-3:
    image: redis:latest
    command: >
      redis-server
      --cluster-enabled yes
      --cluster-config-file nodes.conf
      --cluster-node-timeout 5000
      --port 7003
    ports:
      - "7003:7003"

# 建立 Cluster
redis-cli --cluster create \
  redis-1:7001 redis-2:7002 redis-3:7003 \
  --cluster-replicas 0

.NET 連接 Cluster

var config = ConfigurationOptions.Parse(
    "node1:7001,node2:7002,node3:7003");
var redis = ConnectionMultiplexer.Connect(config);

// 操作方式完全相同，StackExchange.Redis 自動處理重導向
var db = redis.GetDatabase();
await db.StringSetAsync("key", "value");

📌 一致性雜湊（Consistent Hashing）

Redis Cluster 使用 CRC16 + Slot 分片。但了解一致性雜湊的概念很重要：

傳統雜湊：hash(key) % N
  → 增減節點時，幾乎所有 key 都要重新分配

一致性雜湊：hash(key) 映射到環上
  → 增減節點只影響相鄰的一小段
  → 大幅減少資料遷移量

📌 架構選擇指南

🔑 重點整理

1. 主從複製 解決讀取效能，但無法自動故障轉移
2. Sentinel 監控主從，Master 掛了自動選新 Master
3. Cluster 將資料分片到多個節點，解決容量問題
4. StackExchange.Redis 自動處理 Cluster 重導向
5. 生產環境至少用 Sentinel，大規模用 Cluster