Πώς το Redis Cluster επιτρέπει την κλιμάκωση;

Question

Accepted Answer

**Redis Cluster** επιτρέπει **οριζόντια κλιμάκωση** με sharding δεδομένων σε πολλούς κόμβους Redis — διανέμοντας το σύνολο δεδομένων (και το φορτίο) ώστε το Redis να μπορεί να χειριστεί δεδομένα και throughput πέρα από τη μνήμη ενός μοναδικού διακομιστή. Διαμερίζει τα δεδομένα μέσω **hash slots** και παρέχει ενσωματωμένη υψηλή διαθεσιμότητα.

## Sharding μέσω hash slots

```text
Redis Cluster divides the keyspace into 16384 HASH SLOTS.
  → each key maps to a slot: slot = CRC16(key) mod 16384
  → slots are distributed across the cluster's primary nodes
  → each node owns a subset of slots (and thus a subset of the data)
→ This spreads data and load across nodes → scales memory and throughput horizontally.
```

Τα δεδομένα διαμερίζονται σε κόμβους με **hash slots** (16384 συνολικά): κάθε κλειδί κάνει hash σε ένα slot, και τα slots διανέμονται σε πρωτεύοντες κόμβους — έτσι κάθε κόμβος διατηρεί μέρος των δεδομένων, κλιμακώνοντας την χωρητικότητα πέρα από έναν διακομιστή.

## Υψηλή διαθεσιμότητα ενσωματωμένη

```text
Each primary node has REPLICAS:
  → if a primary fails, one of its replicas is promoted (automatic failover)
  → the cluster continues serving (HA without separate Sentinel)
→ Redis Cluster combines SHARDING (scale) + REPLICATION (HA).
```

## Πελάτες και ανακατεύθυνση

```text
→ Clients connect to the cluster; a key's request goes to the node owning its slot.
→ If a client hits the wrong node, it gets a MOVED redirect to the right node
  (cluster-aware clients cache the slot map and route directly).
```

## Ο περιορισμός πολλαπλών κλειδιών (σημαντικό)

```text
⚠️ Multi-key operations only work if all keys are in the SAME slot (same node):
  → operations spanning keys on different nodes are NOT supported directly
  → use HASH TAGS to force related keys into the same slot:
     {user:1000}:profile and {user:1000}:settings → same slot ({...} part is hashed)
→ Design keys so related data that's used together shares a slot.
```

## Γιατί έχει σημασία

Η κατανόηση του Redis Cluster είναι σημαντική για **κλιμάκωση του Redis οριζόντια πέρα από έναν μοναδικό διακομιστή**, επομένως είναι πολύτιμη γνώση σε επίπεδο senior για μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη Redis.

Η βασική αξία είναι **οριζόντια κλιμάκωση**: όταν τα δεδομένα ή το throughput υπερβαίνουν αυτό που μπορεί να χειριστεί η μνήμη ενός διακομιστή Redis, το Cluster **shards τα δεδομένα σε πολλούς κόμβους** (μέσω 16384 **hash slots**, κάθε κλειδί αντιστοιχίζεται σε ένα slot διανεμημένο σε πρωτεύοντες κόμβους), διανέμοντας δεδομένα και φορτίο για κλιμάκωση μνήμης και throughput πέρα από μια μηχανή — απαραίτητο για συστήματα μεγάλης κλίμακας.

Η κατανόηση του **μηχανισμού hash slot** (πώς τα κλειδιά απεικονίζονται σε slots και τα slots σε κόμβους) είναι θεμελιώδης για το πώς το Cluster διανέμει τα δεδομένα.

Το γνωρίζοντας ότι το Cluster παρέχει **ενσωματωμένη υψηλή διαθεσιμότητα** (κάθε πρωτεύων έχει replicas με αυτόματο failover, συνδυάζοντας sharding και replication χωρίς να χρειάζεται ξεχωριστό Sentinel) είναι σημαντικό για την αξιοπιστία σε κλίμακα.

Η κατανόηση της **ανακατεύθυνσης πελάτη** (MOVED redirects, cluster-aware πελάτες που κάνουν cache τον χάρτη slot) εξηγεί πώς τα αιτήματα φτάνουν στον σωστό κόμβο.

Κριτικά, η κατανόηση του **περιορισμού πολλαπλών κλειδιών** — ότι πολλαπλές λειτουργίες κλειδιών απαιτούν όλα τα κλειδιά στο ίδιο slot, αντιμετωπίζονται με **hash tags** (`{user:1000}:...` αναγκάζοντας σχετικά κλειδιά στο ίδιο slot) — είναι απαραίτητο επειδή είναι ένας πραγματικός περιορισμός που επηρεάζει το σχεδιασμό κλειδιών (σχετικά δεδομένα που χρησιμοποιούνται μαζί πρέπει να συνταιριάζονται), και η μη κατανόησή του προκαλεί σφάλματα με πολλαπλές λειτουργίες κλειδιών σε ένα cluster.

Επειδή η κλιμάκωση πέρα από έναν μοναδικό διακομιστή Redis είναι μια πραγματική ανάγκη για συστήματα υψηλού όγκου, και επειδή το Redis Cluster (sharding μέσω hash slots + ενσωματωμένη HA) είναι ο μηχανισμός για αυτό — με τον σημαντικό περιορισμό hash-tag/πολλαπλών κλειδιών που επηρεάζει το σχεδιασμό — η κατανόηση του Redis Cluster είναι σημαντική γνώση senior-level για κλιμάκωση του Redis, ένα θέμα που δείχνει κατανόηση της οριζόντιας κλιμάκωσης και των πρακτικών περιορισμών (συνταίριασμα κλειδιών) που έρχονται με τη διανομή δεδομένων Redis σε κόμβους.