redis的选举机制
转载自Redis 哨兵机制是如何工作的？ - 知乎 (zhihu.com)
前言
redis集群可以分为三种模式
主从模式,哨兵模式,集群模式
主从模式,基于bgsave命令实现主从库的同步,但是如果主节点挂掉,需要手动去切换
哨兵模式,基于哨兵集群实现主从切换,可以看做简单主从模式的扩展
集群模式(redis cluster),需要注意的是,哨兵模式下,多个redis存储的是相同的数据,比较浪费,集群模式可以看做是redis的分布式存储
redis哨兵主要是为redis主从同步架构服务的,有时候主节点宕机,需要哨兵进行监控,通知,选举
是基于主从复制来实现的,可以实现读写分离
哨兵也是一台redis服务器，仅提供监控服务，不提供数据管理服务；通常哨兵的数量配置为单数(方便投票)
当一个哨兵进程对Redis服务器进行监控，可能会出现问题，为此可以使用哨兵进行监控， 各个哨兵之间还会进行监控，这就形成了多哨兵模式。
哨兵作用
sentinel,中文名是哨兵,是redis集群机构中非常重要的组件,主要有以下功能
集群监控,负责监控redis master 和slave进程是否正常工作
消息通知:如果某个redis实例有故障,那么哨兵负责发送消息作为报警通知给管理员
故障转移:如过masterNode挂掉了,自动转移到slave node上
配置中心:如果故障转移发生了,通知client客户端新的master地址
哨兵用于实现 redis 集群的高可用，本身也是分布式的，作为一个哨兵集群去运行，互相协同工作。
故障转移时，判断一个 master node 是否宕机了，需要大部分的哨兵都同意才行，涉及到了分布式选举的问题。
即使部分哨兵节点挂掉了，哨兵集群还是能正常工作的，因为如果一个作为高可用机制重要组成部分的故障转移系统本身是单点的，那就很坑爹了。
gossip
gossip协议简单来解释下：各节点之间都会保持通讯，当某一个节点挂掉或者新增的时候，与它相邻的节点就会感知到，这时候此节点就是失去链接或者创建链接。
- ping：每个节点都会频繁给其他节点发送ping，其中包含自己的状态还有自己维护的集群元数据，互相通过ping交换元数据；
- pong: 返回ping和meet，包含自己的状态和其他信息，也可以用于信息广播和更新；
- fail: 某个节点判断另一个节点fail之后，就发送fail给其他节点，通知其他节点，指定的节点宕机了。
- meet：某个节点发送meet给新加入的节点，让新节点加入集群中，然后新节点就会开始与其他节点进行通信，不需要发送形成网络的所需的所有CLUSTER MEET命令。
下线
主观下线
Sentinel集群的每一个Sentinel节点会定时对redis集群的所有节点发心跳包检测节点是否正常。如果一个节点在down-after-milliseconds时间内没有回复Sentinel节点的心跳包，则该redis节点被该Sentinel节点主观下线。
客观下线
当节点被一个Sentinel节点记为主观下线时，并不意味着该节点肯定故障了，还需要Sentinel集群的其他Sentinel节点共同判断为主观下线才行。
该Sentinel节点会询问其他Sentinel节点，如果Sentinel集群中超过quorum数量的Sentinel节点认为该redis节点主观下线，则该redis客观下线。
如果客观下线的redis节点是从节点或者是Sentinel节点，则操作到此为止，没有后续的操作了；如果客观下线的redis节点为主节点，则开始故障转移，从从节点中选举一个节点升级为主节点。
哨兵选举流程
当salve发现自己的master变为fail状态时,尝试进行Failover(故障切换)
当存在多个slave的时候,就需要竞争称为master,过程如下
- slave发现自己的master不可用
- slave将集群的currentEpoch(选举周期)+1,并广播FAILOVER_AUTH_REQUEST 信息进行选举
- 其他节点受到FAILOVER_AUTH_REQUEST 信息后,只有其他的master节点可以进行响应,master收到消息后返回FAILOVER_AUTH_REQUEST 信息,对同一个Epoch,只能响应一次ack
- slave手机master返回的ack消息
- slave判断收到的ack消息是否大于半数的节点个数,若是,变成新的master
- 广播pong消息通知其他集群节点
从节点并不是在主节点一进入 FAIL 状态就马上尝试发起选举，而是有一定延迟，一定的延迟确保我们等待FAIL状态在 集群中传播，slave如果立即尝试选举，其它masters或许尚未意识到FAIL状态，可能会拒绝投票
延迟计算公式
DELAY = 500ms + random(0 ~ 500ms) + SLAVE_RANK * 1000ms SLAVE_RANK表示此slave已经从master复制数据的总量的rank。Rank越小代表已复制的数据越新。这种方式下，持 有最新数据的slave将会首先发起选举（理论上）。
主节点故障转移
主要分为四个步骤
- 在已下线的主节点下属的所有的从节点里,挑选出一个从节点,并将其转换为主节点
- 让已下线主节点下的所有从节点修改复制目标,修改为复制主节点
- 将新主节点的IP地址和信息通过发布者/订阅者机制,通知给客户端
- 继续监视旧节点,当这个旧节点重新上线时,将它设置为新主节点的从节点
选出新的主节点
故障转移第一步要做的是在已下线的节点中,挑选出一个状态良好数据完整的从节点,然后发送SLAVEOF no one的命令,将这个从节点转为主节点
Redis 有个叫 down-after-milliseconds * 10 配置项，其down-after-milliseconds 是主从节点断连的最大连接超时时间。如果在 down-after-milliseconds 毫秒内，主从节点都没有通过网络联系上，我们就可以认为主从节点断连了。如果发生断连的次数超过了 10 次，就说明这个从节点的网络状况不好，不适合作为新主节点。
至此,我们就把网络状态不好的从节点过滤掉了,接下来进行三轮考察:优先级,复制进度,ID号.进行每一轮考察的时候,哪个节点优先胜出,就选择作为新主节点
第一轮 优先级
Redis有个叫slave-priority 配置项,可以给从节点设置优先级
每一台从节点的服务器配置不一定是相同的，我们可以根据服务器性能配置来设置从节点的优先级。
比如，如果 「 A 从节点」的物理内存是所有从节点中最大的， 那么我们可以把「 A 从节点」的优先级设置成最高。这样当哨兵进行第一轮考虑的时候，优先级最高的 A 从节点就会优先胜出，于是就会成为新主节点。
第二轮 复制进度靠前的
如果在第一轮考察中,发现优先级最高的节点有多个,就会进行第二轮考察,比较俩个从节点的复制进度
什么是复制进度？主从架构中，主节点会将写操作同步给从节点，在这个过程中，主节点会用 master_repl_offset 记录当前的最新写操作在 repl_backlog_buffer 中的位置（如下图中的「主服务器已经写入的数据」的位置），而从节点会用 slave_repl_offset 这个值记录当前的复制进度（如下图中的「从服务器要读的位置」的位置）。
如果某个从节点的 slave_repl_offset 最接近 master_repl_offset，说明它的复制进度是最靠前的，于是就可以将它选为新主节点。
第三轮 ID号小的从节点
如果在第二轮考察中，发现有两个从节点优先级和复制进度都是一样的，那么就会进行第三轮考察，比较两个从节点的 ID 号，ID 号小的从节点胜出。
什么是 ID 号？每个从节点都有一个编号，这个编号就是 ID 号，是用来唯一标识从节点的。
到这里，选主的事情终于结束了。简单给大家总结下：
在选举出从节点后，哨兵 leader 向被选中的从节点发送 SLAVEOF no one 命令，让这个从节点解除从节点的身份，将其变为新主节点。
然后将从节点指向新主节点,通知客户的主节点已更换,如果旧节点上线就变为从节点
哨兵集群是如何组成的
前面提到了redis的发布/订阅机制,那就不得不提一下哨兵集群的组成方式,因为它也用到了这个技术
在我第一次搭建哨兵集群的时候，当时觉得很诧异。因为在配置哨兵的信息时，竟然只需要填下面这几个参数，设置主节点名字、主节点的 IP 地址和端口号以及 quorum 值。
sentinel monitor <master-name> <ip> <redis-port> <quorum> 不需要填其他哨兵节点的信息，我就好奇它们是如何感知对方的，又是如何组成哨兵集群的？
后面才了解到，哨兵节点之间是通过 Redis 的发布者/订阅者机制来相互发现的。
在主从集群中，主节点上有一个名为__sentinel__:hello的频道，不同哨兵就是通过它来相互发现，实现互相通信的。
在下图中，哨兵 A 把自己的 IP 地址和端口的信息发布到__sentinel__:hello 频道上，哨兵 B 和 C 订阅了该频道。那么此时，哨兵 B 和 C 就可以从这个频道直接获取哨兵 A 的 IP 地址和端口号。然后，哨兵 B、C 可以和哨兵 A 建立网络连接。
通过这个方式，哨兵 B 和 C 也可以建立网络连接，这样一来，哨兵集群就形成了。
哨兵集群会对「从节点」的运行状态进行监控，那哨兵集群如何知道「从节点」的信息？
主节点知道所有「从节点」的信息，所以哨兵会每 10 秒一次的频率向主节点发送 INFO 命令来获取所有「从节点」的信息。
如下图所示，哨兵 B 给主节点发送 INFO 命令，主节点接受到这个命令后，就会把从节点列表返回给哨兵。接着，哨兵就可以根据从节点列表中的连接信息，和每个从节点建立连接，并在这个连接上持续地对从节点进行监控。哨兵 A 和 C 可以通过相同的方法和从节点建立连接。
哪个哨兵进行故障转移?
前面说过，为了更加“客观”的判断主节点故障了，一般不会只由单个哨兵的检测结果来判断，而是多个哨兵一起判断，这样可以减少误判概率，所以哨兵是以哨兵集群的方式存在的。
问题来了，由哨兵集群中的哪个节点进行主从故障转移呢？
所以这时候，还需要在哨兵集群中选出一个 leeder，让 leeder 来执行主从切换。
选举 leeder 的过程其实是一个投票的过程，在投票开始前，肯定得有个「候选者」。
那谁来作为候选者呢？
哪个哨兵节点判断主节点为「客观下线」，这个哨兵节点就是候选者，所谓的候选者就是想当 Leader 的哨兵。
举个例子，假设有三个哨兵。当哨兵 A 先判断到主节点「主观下线后」，就会给其他实例发送 is-master-down-by-addr 命令。接着，其他哨兵会根据自己和主节点的网络连接情况，做出赞成投票或者拒绝投票的响应。
当哨兵 A 收到赞成票数达到哨兵配置文件中的 quorum 配置项设定的值后，就会将主节点标记为「客观下线」，此时的哨兵 A 就是一个Leader 候选者。
候选者如何选举成为 Leader？
候选者会向其他哨兵发送命令，表明希望成为 Leader 来执行主从切换，并让所有其他哨兵对它进行投票。
每个哨兵只有一次投票机会，如果用完后就不能参与投票了，可以投给自己或投给别人，但是只有候选者才能把票投给自己。
那么在投票过程中，任何一个「候选者」，要满足两个条件：
- 第一，拿到半数以上的赞成票；
- 第二，拿到的票数同时还需要大于等于哨兵配置文件中的 quorum 值。
举个例子，假设哨兵节点有 3 个，quorum 设置为 2，那么任何一个想成为 Leader 的哨兵只要拿到 2 张赞成票，就可以选举成功了。如果没有满足条件，就需要重新进行选举。
这时候有的同学就会问了，如果某个时间点，刚好有两个哨兵节点判断到主节点为客观下线，那这时不就有两个候选者了？这时该如何决定谁是 Leader 呢？
每位候选者都会先给自己投一票，然后向其他哨兵发起投票请求。如果投票者先收到「候选者 A」的投票请求，就会先投票给它，如果投票者用完投票机会后，收到「候选者 B」的投票请求后，就会拒绝投票。这时，候选者 A 先满足了上面的那两个条件，所以「候选者 A」就会被选举为 Leader。
为什么哨兵节点至少要有 3 个？
如果哨兵集群中只有 2 个哨兵节点，此时如果一个哨兵想要成功成为 Leader，必须获得 2 票，而不是 1 票。
所以，如果哨兵集群中有个哨兵挂掉了，那么就只剩一个哨兵了，如果这个哨兵想要成为 Leader，这时票数就没办法达到 2 票，就无法成功成为 Leader，这时是无法进行主从节点切换的。
因此，通常我们至少会配置 3 个哨兵节点。这时，如果哨兵集群中有个哨兵挂掉了，那么还剩下两个个哨兵，如果这个哨兵想要成为 Leader，这时还是有机会达到 2 票的，所以还是可以选举成功的，不会导致无法进行主从节点切换。
当然，你要问，如果 3 个哨兵节点，挂了 2 个怎么办？这个时候得人为介入了，或者增加多一点哨兵节点。
再说一个问题，Redis 1 主 4 从，5 个哨兵 ，quorum 设置为 3，如果 2 个哨兵故障，当主节点宕机时，哨兵能否判断主节点“客观下线”？主从能否自动切换？
- 哨兵集群可以判定主节点“客观下线”。哨兵集群还剩下 3 个哨兵，当一个哨兵判断主节点“主观下线”后，询问另外 2 个哨兵后，有可能能拿到 3 张赞同票，这时就达到了 quorum 的值，因此，哨兵集群可以判定主节点为“客观下线”。
- 哨兵集群可以完成主从切换。当有个哨兵标记主节点为「客观下线」后，就会进行选举 Leader 的过程，因为此时哨兵集群还剩下 3 个哨兵，那么还是可以拿到半数以上（5/2+1=3）的票，而且也达到了 quorum 值，满足了选举 Leader 的两个条件， 所以就能选举成功，因此哨兵集群可以完成主从切换。
如果 quorum 设置为 2 ，并且如果有 3 个哨兵故障的话。此时哨兵集群还是可以判定主节点为“客观下线”，但是哨兵不能完成主从切换了，大家可以自己推演下。
如果 quorum 设置为 3，并且如果有 3 个哨兵故障的话，哨兵集群即不能判定主节点为“客观下线”，也不能完成主从切换了。
可以看到，quorum 为 2 的时候，并且如果有 3 个哨兵故障的话，虽然可以判定主节点为“客观下线”，但是不能完成主从切换，这样感觉「判定主节点为客观下线」这件事情白做了一样，既然这样，还不如不要做，quorum 为 3 的时候，就可以避免这种无用功。
所以，quorum 的值建议设置为哨兵个数的二分之一加1，例如 3 个哨兵就设置 2，5 个哨兵设置为 3，而且哨兵节点的数量应该是奇数。
总结
Redis 在 2.8 版本以后提供的哨兵（*Sentinel*）机制，它的作用是实现主从节点故障转移。它会监测主节点是否存活，如果发现主节点挂了，它就会选举一个从节点切换为主节点，并且把新主节点的相关信息通知给从节点和客户端。
哨兵一般是以集群的方式部署，至少需要 3 个哨兵节点，哨兵集群主要负责三件事情：监控、选主、通知。
哨兵节点通过 Redis 的发布者/订阅者机制，哨兵之间可以相互感知，相互连接，然后组成哨兵集群，同时哨兵又通过 INFO 命令，在主节点里获得了所有从节点连接信息，于是就能和从节点建立连接，并进行监控了。
1、第一轮投票：判断主节点下线
当哨兵集群中的某个哨兵判定主节点下线（主观下线）后，就会向其他哨兵发起命令，其他哨兵收到这个命令后，就会根据自身和主节点的网络状况，做出赞成投票或者拒绝投票的响应。
当这个哨兵的赞同票数达到哨兵配置文件中的 quorum 配置项设定的值后，这时主节点就会被该哨兵标记为「客观下线」。
2、第二轮投票：选出哨兵leader
某个哨兵判定主节点客观下线后，该哨兵就会发起投票，告诉其他哨兵，它想成为 leader，想成为 leader 的哨兵节点，要满足两个条件：
- 第一，拿到半数以上的赞成票；
- 第二，拿到的票数同时还需要大于等于哨兵配置文件中的 quorum 值。
3、由哨兵 leader 进行主从故障转移
选举出了哨兵 leader 后，就可以进行主从故障转移的过程了。该操作包含以下四个步骤：
- 第一步：在已下线主节点（旧主节点）属下的所有「从节点」里面，挑选出一个从节点，并将其转换为主节点，选择的规则：
- 过滤掉已经离线的从节点；
- 过滤掉历史网络连接状态不好的从节点；
- 将剩下的从节点，进行三轮考察：优先级、复制进度、ID 号。在每一轮考察过程中，如果找到了一个胜出的从节点，就将其作为新主节点。
- 第二步：让已下线主节点属下的所有「从节点」修改复制目标，修改为复制「新主节点」；
- 第三步：将新主节点的 IP 地址和信息，通过「发布者/订阅者机制」通知给客户端；
- 第四步：继续监视旧主节点，当这个旧主节点重新上线时，将它设置为新主节点的从节点；