你們好，我是歷小冰，今天來說一下 Reids Cluster 的 Gossip 協議和集羣操做，文章的思惟導圖以下所示。
node
集羣模式和 Gossip 簡介
對於數據存儲領域，當數據量或者請求流量大到必定程度後，就必然會引入分佈式。好比 Redis，雖然其單機性能十分優秀，可是由於下列緣由時，也不得不引入集羣。web
-
單機沒法保證高可用，須要引入多實例來提供高可用性 -
單機可以提供高達 8W 左右的QPS，再高的QPS則須要引入多實例 -
單機可以支持的數據量有限，處理更多的數據須要引入多實例； -
單機所處理的網絡流量已經超過服務器的網卡的上限值，須要引入多實例來分流。
有集羣，集羣每每須要維護必定的元數據，好比實例的ip地址，緩存分片的 slots 信息等，因此須要一套分佈式機制來維護元數據的一致性。這類機制通常有兩個模式：分散式和集中式redis
分散式機制將元數據存儲在部分或者全部節點上，不一樣節點之間進行不斷的通訊來維護元數據的變動和一致性。Redis Cluster，Consul 等都是該模式。算法
| 模式 | 優勢 | 缺點 |
|---|---|---|
| 集中式 | 數據更新及時，時效好，元數據的更新和讀取，時效性很是好，一旦元數據出現了變動，當即就更新到集中式的外部節點中，其餘節點讀取的時候當即就能夠感知到; | 較大數據更新壓力，更新壓力所有集中在外部節點，做爲單點影響整個系統 |
| 分散式 | 數據更新壓力分散，元數據的更新比較分散，不是集中某一個節點，更新請求比較分散，並且有不一樣節點處理，有必定的延時，下降了併發壓力 | 數據更新延遲，可能致使集羣的感知有必定的滯後 |
分散式的元數據模式有多種可選的算法進行元數據的同步，好比說 Paxos、Raft 和 Gossip。Paxos 和 Raft 等都須要所有節點或者大多數節點(超過一半)正常運行，整個集羣才能穩定運行，而 Gossip 則不須要半數以上的節點運行。數組
Gossip 協議，顧名思義，就像流言蜚語同樣，利用一種隨機、帶有傳染性的方式，將信息傳播到整個網絡中，並在必定時間內，使得系統內的全部節點數據一致。對你來講，掌握這個協議不只能很好地理解這種最經常使用的，實現最終一致性的算法，也能在後續工做中駕輕就熟地實現數據的最終一致性。緩存
Gossip 協議又稱 epidemic 協議（epidemic protocol），是基於流行病傳播方式的節點或者進程之間信息交換的協議，在P2P網絡和分佈式系統中應用普遍，它的方法論也特別簡單：服務器
在一個處於有界網絡的集羣裏，若是每一個節點都隨機與其餘節點交換特定信息，通過足夠長的時間後，集羣各個節點對該份信息的認知終將收斂到一致。微信
這裏的「特定信息」通常就是指集羣狀態、各節點的狀態以及其餘元數據等。Gossip協議是徹底符合 BASE 原則，能夠用在任何要求最終一致性的領域，好比分佈式存儲和註冊中心。另外，它能夠很方便地實現彈性集羣，容許節點隨時上下線，提供快捷的失敗檢測和動態負載均衡等。markdown
此外，Gossip 協議的最大的好處是，即便集羣節點的數量增長，每一個節點的負載也不會增長不少，幾乎是恆定的。這就容許 Redis Cluster 或者 Consul 集羣管理的節點規模能橫向擴展到數千個。網絡
Redis Cluster 的 Gossip 通訊機制
Redis Cluster 是在 3.0 版本引入集羣功能。爲了讓讓集羣中的每一個實例都知道其餘全部實例的狀態信息，Redis 集羣規定各個實例之間按照 Gossip 協議來通訊傳遞信息。
Redis Cluster 中的每一個節點都維護一份本身視角下的當前整個集羣的狀態，主要包括：
-
當前集羣狀態 -
集羣中各節點所負責的 slots信息，及其migrate狀態 -
集羣中各節點的master-slave狀態 -
集羣中各節點的存活狀態及懷疑Fail狀態
也就是說上面的信息，就是集羣中Node相互八卦傳播流言蜚語的內容主題，並且比較全面，既有本身的更有別人的，這麼一來你們都相互傳，最終信息就全面並且一致了。
Redis Cluster 的節點之間會相互發送多種消息，較爲重要的以下所示：
-
MEET：經過「cluster meet ip port」命令，已有集羣的節點會向新的節點發送邀請，加入現有集羣，而後新節點就會開始與其餘節點進行通訊； -
PING：節點按照配置的時間間隔向集羣中其餘節點發送 ping 消息，消息中帶有本身的狀態，還有本身維護的集羣元數據，和部分其餘節點的元數據； -
PONG: 節點用於迴應 PING 和 MEET 的消息，結構和 PING 消息相似，也包含本身的狀態和其餘信息，也能夠用於信息廣播和更新； -
FAIL: 節點 PING 不通某節點後，會向集羣全部節點廣播該節點掛掉的消息。其餘節點收到消息後標記已下線。
Redis 的源碼中 cluster.h 文件定義了所有的消息類型，代碼爲 redis 4.0版本。
// 注意，PING 、 PONG 和 MEET 其實是同一種消息。
// PONG 是對 PING 的回覆，它的實際格式也爲 PING 消息，
// 而 MEET 則是一種特殊的 PING 消息，用於強制消息的接收者將消息的發送者添加到集羣中（若是節點還沒有在節點列表中的話）
#define CLUSTERMSG_TYPE_PING 0 /* Ping 消息 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_PONG 1 /* Pong 用於回覆Ping */
#define CLUSTERMSG_TYPE_MEET 2 /* Meet 請求將某個節點添加到集羣中 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_FAIL 3 /* Fail 將某個節點標記爲 FAIL */
#define CLUSTERMSG_TYPE_PUBLISH 4 /* 經過發佈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做，要求消息的接收者經過投票來支持消息的發送者 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_ACK 6 /* 消息的接收者贊成向消息的發送者投票 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_UPDATE 7 /* slots 已經發生變化，消息發送者要求消息接收者進行相應的更新 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_MFSTART 8 /* 爲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 */
經過上述這些消息，集羣中的每個實例都能得到其它全部實例的狀態信息。這樣一來，即便有新節點加入、節點故障、Slot 變動等事件發生，實例間也能夠經過 PING、PONG 消息的傳遞，完成集羣狀態在每一個實例上的同步。下面，咱們依次來看看幾種常見的場景。
定時 PING/PONG 消息
Redis Cluster 中的節點都會定時地向其餘節點發送 PING 消息，來交換各個節點狀態信息，檢查各個節點狀態，包括在線狀態、疑似下線狀態 PFAIL 和已下線狀態 FAIL。
Redis 集羣的定時 PING/PONG 的工做原理能夠歸納成兩點：
-
一是，每一個實例之間會按照必定的頻率，從集羣中隨機挑選一些實例，把 PING 消息發送給挑選出來的實例，用來檢測這些實例是否在線，並交換彼此的狀態信息。PING 消息中封裝了發送消息的實例自身的狀態信息、部分其它實例的狀態信息，以及 Slot 映射表。 -
二是，一個實例在接收到 PING 消息後，會給發送 PING 消息的實例，發送一個 PONG 消息。PONG 消息包含的內容和 PING 消息同樣。
下圖顯示了兩個實例間進行 PING、PONG 消息傳遞的狀況，其中實例一爲發送節點，實例二是接收節點
新節點上線
Redis Cluster 加入新節點時，客戶端須要執行 CLUSTER MEET 命令，以下圖所示。
節點一在執行 CLUSTER MEET 命令時會首先爲新節點建立一個 clusterNode 數據，並將其添加到本身維護的 clusterState 的 nodes 字典中。有關 clusterState 和 clusterNode 關係，咱們在最後一節會有詳盡的示意圖和源碼來說解。
而後節點一會根據據 CLUSTER MEET 命令中的 IP 地址和端口號，向新節點發送一條 MEET 消息。新節點接收到節點一發送的MEET消息後，新節點也會爲節點一建立一個 clusterNode 結構，並將該結構添加到本身維護的 clusterState 的 nodes 字典中。
接着，新節點向節點一返回一條PONG消息。節點一接收到節點B返回的PONG消息後，得知新節點已經成功的接收了本身發送的MEET消息。
最後，節點一還會向新節點發送一條 PING 消息。新節點接收到該條 PING 消息後，能夠知道節點A已經成功的接收到了本身返回的P ONG消息，從而完成了新節點接入的握手操做。
MEET 操做成功以後，節點一會經過稍早時講的定時 PING 機制將新節點的信息發送給集羣中的其餘節點，讓其餘節點也與新節點進行握手，最終，通過一段時間後，新節點會被集羣中的全部節點認識。
節點疑似下線和真正下線
Redis Cluster 中的節點會按期檢查已經發送 PING 消息的接收方節點是否在規定時間 ( cluster-node-timeout ) 內返回了 PONG 消息，若是沒有則會將其標記爲疑似下線狀態，也就是 PFAIL 狀態，以下圖所示。
而後，節點一會經過 PING 消息，將節點二處於疑似下線狀態的信息傳遞給其餘節點，例如節點三。節點三接收到節點一的 PING 消息得知節點二進入 PFAIL 狀態後，會在本身維護的 clusterState 的 nodes 字典中找到節點二所對應的 clusterNode 結構，並將主節點一的下線報告添加到 clusterNode 結構的 fail_reports 鏈表中。
隨着時間的推移，若是節點十 (舉個例子) 也由於 PONG 超時而認爲節點二疑似下線了，而且發現本身維護的節點二的 clusterNode 的 fail_reports 中有半數以上的主節點數量的未過期的將節點二標記爲 PFAIL 狀態報告日誌，那麼節點十將會把節點二將被標記爲已下線 FAIL 狀態，而且節點十會馬上向集羣其餘節點廣播主節點二已經下線的 FAIL 消息，全部收到 FAIL 消息的節點都會當即將節點二狀態標記爲已下線。以下圖所示。
須要注意的是，報告疑似下線記錄是由時效性的，若是超過 cluster-node-timeout *2 的時間，這個報告就會被忽略掉，讓節點二又恢復成正常狀態。
Redis Cluster 通訊源碼實現
綜上，咱們瞭解了 Redis Cluster 在定時 PING/PONG、新節點上線、節點疑似下線和真正下線等環節的原理和操做流程，下面咱們來真正看一下 Redis 在這些環節的源碼實現和具體操做。
涉及的數據結構體
首先，咱們先來說解一下其中涉及的數據結構，也就是上文提到的 ClusterNode 等結構。
每一個節點都會維護一個 clusterState 結構，表示當前集羣的總體狀態，它的定義以下所示。
typedef struct clusterState {
clusterNode *myself; /* 當前節點的clusterNode信息 */
....
dict *nodes; /* name到clusterNode的字典 */
....
clusterNode *slots[CLUSTER_SLOTS]; /* slot 和節點的對應關係*/
....
} clusterState;
它有三個比較關鍵的字段，具體示意圖以下所示：
-
myself 字段，是一個 clusterNode 結構，用來記錄本身的狀態； -
nodes 字典，記錄一個 name 到 clusterNode 結構的映射，以此來記錄其餘節點的狀態； -
slot 數組，記錄slot 對應的節點 clusterNode結構。
clusterNode 結構保存了一個節點的當前狀態，好比節點的建立時間、節點的名字、節點 當前的配置紀元、節點的IP地址和端口號等等。除此以外，clusterNode結構的 link 屬性是一個clusterLink結構，該結構保存了鏈接節點所需的有關信息**，好比**套接字描述符，輸入緩衝區和輸出緩衝區。clusterNode 還有一個 fail_report 的列表，用來記錄疑似下線報告。具體定義以下所示。
typedef struct clusterNode {
mstime_t ctime; /* 建立節點的時間 */
char name[CLUSTER_NAMELEN]; /* 節點的名字 */
int flags; /* 節點標識，標記節點角色或者狀態，好比主節點從節點或者在線和下線 */
uint64_t configEpoch; /* 當前節點已知的集羣統一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 it
may be NULL even if the node is a slave
if we don't have the master node in our
tables. */
mstime_t ping_sent; /* 當前節點最後一次向該節點發送 PING 消息的時間 */
mstime_t pong_received; /* 當前節點最後一次收到該節點 PONG 消息的時間 */
mstime_t fail_time; /* FAIL 標誌位被設置的時間 */
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; /* 當前節點的repl便宜 */
char ip[NET_IP_STR_LEN]; /* 節點的IP 地址 */
int port; /* 端口 */
int cport; /* 通訊端口，通常是端口+1000 */
clusterLink *link; /* 和該節點的 tcp 鏈接 */
list *fail_reports; /* 下線記錄列表 */
} clusterNode;
clusterNodeFailReport 是記錄節點下線報告的結構體， node 是報告節點的信息，而 time 則表明着報告時間。
typedef struct clusterNodeFailReport {
struct clusterNode *node; /* 報告當前節點已經下線的節點 */
mstime_t time; /* 報告時間 */
} clusterNodeFailReport;
消息結構體
瞭解了 Reids 節點維護的數據結構體後，咱們再來看節點進行通訊的消息結構體。通訊消息最外側的結構體爲 clusterMsg，它包括了不少消息記錄信息，包括 RCmb 標誌位，消息總長度，消息協議版本，消息類型；它還包括了發送該消息節點的記錄信息，好比節點名稱，節點負責的slot信息，節點ip和端口等；最後它包含了一個 clusterMsgData 來攜帶具體類型的消息。
typedef struct {
char sig[4]; /* 標誌位，"RCmb" (Redis Cluster message bus). */
uint32_t totlen; /* 消息總長度 */
uint16_t ver; /* 消息協議版本 */
uint16_t port; /* 端口 */
uint16_t type; /* 消息類型 */
uint16_t count; /* */
uint64_t currentEpoch; /* 表示本節點當前記錄的整個集羣的統一的epoch，用來決策選舉投票等，與configEpoch不一樣的是：configEpoch表示的是master節點的惟一標誌，currentEpoch是集羣的惟一標誌。 */
uint64_t configEpoch; /* 每一個master節點都有一個惟一的configEpoch作標誌，若是和其餘master節點衝突，會強制自增使本節點在集羣中惟一 */
uint64_t offset; /* 主從複製偏移相關信息，主節點和從節點含義不一樣 */
char sender[CLUSTER_NAMELEN]; /* 發送節點的名稱 */
unsigned char myslots[CLUSTER_SLOTS/8]; /* 本節點負責的slots信息,16384/8個char數組，一共爲16384bit */
char slaveof[CLUSTER_NAMELEN]; /* master信息，假如本節點是slave節點的話，協議帶有master信息 */
char myip[NET_IP_STR_LEN]; /* IP */
char notused1[34]; /* 保留字段 */
uint16_t cport; /* 集羣的通訊端口 */
uint16_t flags; /* 本節點當前的狀態，好比 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，它能夠爲 PING，MEET，PONG 或者 FAIL 等消息體。其中當消息爲 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，它會包括髮送消息節點維護的其餘節點信息，也就是上文中 clusterState 中 nodes 字段包含的信息，具體代碼以下所示，你也會發現兩者的字段是相似的。
typedef struct {
/* 節點的名字，默認是隨機的，MEET消息發送並獲得回覆後，集羣會爲該節點設置正式的名稱*/
char nodename[CLUSTER_NAMELEN];
uint32_t ping_sent; /* 發送節點最後一次給接收節點發送 PING 消息的時間戳，收到對應 PONG 回覆後會被賦值爲0 */
uint32_t pong_received; /* 發送節點最後一次收到接收節點發送 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]; /* 下線節點的名字 */
} clusterMsgDataFail;
看完了節點維護的數據結構體和發送的消息結構體後，咱們就來看看 Redis 的具體行爲源碼了。
隨機週期性發送PING消息
Redis 的 clusterCron 函數會被定時調用，每被執行10次，就會準備向隨機的一個節點發送 PING 消息。
它會先隨機的選出 5 個節點，而後從中選擇最久沒有與之通訊的節點，調用 clusterSendPing 函數發送類型爲 CLUSTERMSG_TYPE_PING 的消息
// cluster.c 文件
// clusterCron() 每執行 10 次（至少間隔一秒鐘），就向一個隨機節點發送 gossip 信息
if (!(iteration % 10)) {
int j;
/* 隨機 5 個節點，選出其中一個 */
for (j = 0; j < 5; j++) {
de = dictGetRandomKey(server.cluster->nodes);
clusterNode *this = dictGetVal(de);
/* 不要 PING 鏈接斷開的節點，也不要 PING 最近已經 PING 過的節點 */
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 消息的節點(表示很久沒有接受到該節點的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 回覆的節點發送 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 函數的具體行爲咱們後續再瞭解，由於該函數在其餘環節也會常常用到
節點加入集羣
當節點執行 CLUSTER MEET 命令後，會在自身給新節點維護一個 clusterNode 結構體，該結構體的 link 也就是TCP鏈接字段是 null，表示是新節點還沒有創建鏈接。
clusterCron 函數中也會處理這些未創建鏈接的新節點，調用 createClusterLink 創立鏈接，而後調用 clusterSendPing 函數來發送 MEET 消息
/* cluster.c clusterCron 函數部分,爲未建立鏈接的節點建立鏈接 */
if (node->link == NULL) {
int fd;
mstime_t old_ping_sent;
clusterLink *link;
/* 和該節點創建鏈接 */
fd = anetTcpNonBlockBindConnect(server.neterr, node->ip,
node->cport, NET_FIRST_BIND_ADDR);
/* .... fd 爲-1時的異常處理 */
/* 創建 link */
link = createClusterLink(node);
link->fd = fd;
node->link = link;
aeCreateFileEvent(server.el,link->fd,AE_READABLE,
clusterReadHandler,link);
/* 向新鏈接的節點發送 PING 命令，防止節點被識進入下線 */
/* 若是節點被標記爲 MEET ，那麼發送 MEET 命令，不然發送 PING 命令 */
old_ping_sent = node->ping_sent;
clusterSendPing(link, node->flags & CLUSTER_NODE_MEET ?
CLUSTERMSG_TYPE_MEET : CLUSTERMSG_TYPE_PING);
/* .... */
/* 若是當前節點（發送者）沒能收到 MEET 信息的回覆，那麼它將再也不向目標節點發送命令。*/
/* 若是接收到回覆的話，那麼節點將再也不處於 HANDSHAKE 狀態，並繼續向目標節點發送普通 PING 命令*/
node->flags &= ~CLUSTER_NODE_MEET;
}
防止節點假超時及狀態過時
防止節點假超時和標記疑似下線標記也是在 clusterCron 函數中，具體以下所示。它會檢查當前全部的 nodes 節點列表，若是發現某個節點與本身的最後一個 PONG 通訊時間超過了預約的閾值的一半時，爲了防止節點是假超時，會主動釋放掉與之的 link 鏈接，而後會主動向它發送一個 PING 消息。
/* cluster.c clusterCron 函數部分，遍歷節點來檢查 fail 的節點*/
while((de = dictNext(di)) != NULL) {
clusterNode *node = dictGetVal(de);
now = mstime(); /* Use an updated time at every iteration. */
mstime_t delay;
/* 若是等到 PONG 到達的時間超過了 node timeout 一半的鏈接 */
/* 由於儘管節點依然正常，但鏈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)
{
/* 釋放鏈接，下次 clusterCron() 會自動重連 */
freeClusterLink(node->link);
}
/* 若是目前沒有在 PING 節點*/
/* 而且已經有 node timeout 一半的時間沒有從節點那裏收到 PONG 回覆 */
/* 那麼向節點發送一個 PING ，確保節點的信息不會太舊，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
若是防止節點假超時處理後，節點依舊未收到目標節點的 PONG 消息，而且時間已經超過了 cluster_node_timeout，那麼就將該節點標記爲疑似下線狀態。
/* 若是這是一個主節點，而且有一個從服務器請求進行手動故障轉移,那麼向從服務器發送 PING*/
if (server.cluster->mf_end &&
nodeIsMaster(myself) &&
server.cluster->mf_slave == node &&
node->link)
{
clusterSendPing(node->link, CLUSTERMSG_TYPE_PING);
continue;
}
/* 後續代碼只在節點發送了 PING 命令的狀況下執行*/
if (node->ping_sent == 0) continue;
/* 計算等待 PONG 回覆的時長 */
delay = now - node->ping_sent;
/* 等待 PONG 回覆的時長超過了限制值，將目標節點標記爲 PFAIL （疑似下線)*/
if (delay > server.cluster_node_timeout) {
/* 超時了，標記爲疑似下線 */
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;
}
}
實際發送Gossip消息
如下是前方屢次調用過的clusterSendPing()方法的源碼，代碼中有詳細的註釋，你們能夠自行閱讀。主要的操做就是將節點自身維護的 clusterState 轉換爲對應的消息結構體，。
/* 向指定節點發送一條 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 是用於發送 gossip 信息的計數器
// 每次發送一條信息時，程序將 freshnodes 的值減一
// 當 freshnodes 的數值小於等於 0 時，程序中止發送 gossip 信息
// freshnodes 的數量是節點目前的 nodes 表中的節點數量減去 2
// 這裏的 2 指兩個節點，一個是 myself 節點（也便是發送信息的這個節點）
// 另外一個是接受 gossip 信息的節點
int freshnodes = dictSize(server.cluster->nodes)-2;
/* 計算要攜帶多少節點的信息，最少3個，最多 1/10 集羣總節點數量*/
wanted = floor(dictSize(server.cluster->nodes)/10);
if (wanted < 3) wanted = 3;
if (wanted > freshnodes) wanted = freshnodes;
/* .... 省略 totlen 的計算等*/
/* 若是發送的信息是 PING ，那麼更新最後一次發送 PING 命令的時間戳 */
if (link->node && type == CLUSTERMSG_TYPE_PING)
link->node->ping_sent = mstime();
/* 將當前節點的信息（好比名字、地址、端口號、負責處理的槽）記錄到消息裏面 */
clusterBuildMessageHdr(hdr,type);
/* Populate the gossip fields */
int maxiterations = wanted*3;
/* 每一個節點有 freshnodes 次發送 gossip 信息的機會
每次向目標節點發送 2 個被選中節點的 gossip 信息（gossipcount 計數） */
while(freshnodes > 0 && gossipcount < wanted && maxiterations--) {
/* 從 nodes 字典中隨機選出一個節點（被選中節點） */
dictEntry *de = dictGetRandomKey(server.cluster->nodes);
clusterNode *this = dictGetVal(de);
/* 如下節點不能做爲被選中節點：
* Myself:節點自己。
* PFAIL狀態的節點
* 處於 HANDSHAKE 狀態的節點。
* 帶有 NOADDR 標識的節點
* 由於不處理任何 Slot 而被斷開鏈接的節點
*/
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;
}
// 檢查被選中節點是否已經在 hdr->data.ping.gossip 數組裏面
// 若是是的話說明這個節點以前已經被選中了
// 不要再選中它（不然就會出現重複）
if (clusterNodeIsInGossipSection(hdr,gossipcount,this)) continue;
/* 這個被選中節點有效，計數器減一 */
clusterSetGossipEntry(hdr,gossipcount,this);
freshnodes--;
gossipcount++;
}
/* .... 若是有 PFAIL 節點，最後添加 */
/* 計算信息長度 */
totlen = sizeof(clusterMsg)-sizeof(union clusterMsgData);
totlen += (sizeof(clusterMsgDataGossip)*gossipcount);
/* 將被選中節點的數量（gossip 信息中包含了多少個節點的信息）記錄在 count 屬性裏面*/
hdr->count = htons(gossipcount);
/* 將信息的長度記錄到信息裏面 */
hdr->totlen = htonl(totlen);
/* 發送網絡請求 */
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]);
/* 將被選中節點的名字記錄到 gossip 信息 */
memcpy(gossip->nodename,n->name,CLUSTER_NAMELEN);
/* 將被選中節點的 PING 命令發送時間戳記錄到 gossip 信息 */
gossip->ping_sent = htonl(n->ping_sent/1000);
/* 將被選中節點的 PONG 命令回覆的時間戳記錄到 gossip 信息 */
gossip->pong_received = htonl(n->pong_received/1000);
/* 將被選中節點的 IP 記錄到 gossip 信息 */
memcpy(gossip->ip,n->ip,sizeof(n->ip));
/* 將被選中節點的端口號記錄到 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，它主要負責填充消息結構體中的基礎信息和當前節點的狀態信息。
/* 構建消息的 header */
void clusterBuildMessageHdr(clusterMsg *hdr, int type) {
int totlen = 0;
uint64_t offset;
clusterNode *master;
/* 若是當前節點是salve，則master爲其主節點，若是當前節點是master節點，則master就是當前節點 */
master = (nodeIsSlave(myself) && myself->slaveof) ?
myself->slaveof : myself;
memset(hdr,0,sizeof(*hdr));
/* 初始化協議版本、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);
/* 消息頭設置當前節點id */
memcpy(hdr->sender,myself->name,CLUSTER_NAMELEN);
/* 消息頭設置當前節點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';
}
/* 基礎端口及集羣內節點通訊端口 */
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);
/* 設置複製偏移量 */
if (nodeIsSlave(myself))
offset = replicationGetSlaveOffset();
else
offset = 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;
/* 計算並設置消息的總長度 */
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);
}
後記
原本只想寫一下 Redis Cluster 的 Gossip 協議，沒想到文章越寫，內容越多，最後源碼分析也是有點有始無終，你們就湊合看一下，也但願你們繼續關注我後續的問題。
本文分享自微信公衆號 - 碼農沉思錄（code-thinker）。
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