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在上文主从复制的基础上，如果注节点出现故障该怎么办呢？在 Redis 主从集群中，哨兵机制是实现主从库自动切换的关键机制，它有效地解决了主从复制模式下故障转移的问题。

1. 概述

Redis Sentinel，即Redis哨兵，在Redis 2.8版本开始引入。哨兵的核心功能是主节点的自动故障转移。

下图是一个典型的哨兵集群监控的逻辑图：

哨兵实现了什么功能呢？下面是Redis官方文档的描述：

监控（Monitoring） ：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。
自动故障转移（Automatic failover） ：当主节点不能正常工作时，哨兵会开始自动故障转移操作，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并让其他从节点改为复制新的主节点。
配置提供者（Configuration provider） ：客户端在初始化时，通过连接哨兵来获得当前Redis服务的主节点地址。
通知（Notification） ：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

其中，监控和自动故障转移功能，使得哨兵可以及时发现主节点故障并完成转移；而配置提供者和通知功能，则需要在与客户端的交互中才能体现。

2. 哨兵机制原理

2.1 哨兵集群的组建

上图中哨兵集群是如何组建的呢？哨兵实例之间可以相互发现，要归功于 Redis 提供的 pub/sub 机制，也就是发布 / 订阅机制。

在主从集群中，主库上有一个名为__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 1 把自己的 IP（172.16.19.3）和端口（26579）发布到__sentinel__:hello频道上，哨兵 2 和 3 订阅了该频道。那么此时，哨兵 2 和 3 就可以从这个频道直接获取哨兵 1 的 IP 地址和端口号。然后，哨兵 2、3 可以和哨兵 1 建立网络连接。

通过这个方式，哨兵 2 和 3 也可以建立网络连接，这样一来，哨兵集群就形成了。它们相互间可以通过网络连接进行通信，比如说对主库有没有下线这件事儿进行判断和协商。

2.2 哨兵监控Redis库

哨兵监控什么呢？

这是由哨兵向主库发送 INFO 命令来完成的。就像下图所示，哨兵 2 给主库发送 INFO 命令，主库接受到这个命令后，就会把从库列表返回给哨兵。接着，哨兵就可以根据从库列表中的连接信息，和每个从库建立连接，并在这个连接上持续地对从库进行监控。哨兵 1 和 3 可以通过相同的方法和从库建立连接。

哨兵的定时监控 任务1：每个哨兵节点每10秒会向主节点和从节点发送info命令获取最拓扑结构图，哨兵配置时只要配置对主节点的监控即可，通过向主节点发送info，获取从节点的信息，并当有新的从节点加入时可以马上感知到

任务2：每个哨兵节点每隔2秒会向redis数据节点的指定频道上发送该哨兵节点对于主节点的判断以及当前哨兵节点的信息，同时每个哨兵节点也会订阅该频道，来了解其它哨兵节点的信息及对主节点的判断，其实就是通过消息publish和subscribe来完成的

任务3：每隔1秒每个哨兵会向主节点、从节点及其余哨兵节点发送一次ping命令做一次心跳检测，这个也是哨兵用来判断节点是否正常的重要依据

2.3 主库下线的判定

哨兵如何判断主库已经下线了呢？

首先要理解两个概念：主观下线和客观下线

主观下线：所谓主观下线，就是单个sentinel认为某个服务下线（有可能是接收不到订阅，之间的网络不通等等原因）。 sentinel会以每秒一次的频率向所有与其建立了命令连接的实例（master，从服务，其他sentinel）发ping命令，通过判断ping回复是有效回复，还是无效回复来判断实例时候在线（对该sentinel来说是“主观在线”）。

sentinel配置文件中的down-after-milliseconds设置了判断主观下线的时间长度，如果实例在down-after-milliseconds毫秒内，返回的都是无效回复，那么sentinel回认为该实例已（主观）下线，修改其flags状态为SRI_S_DOWN。如果多个sentinel监视一个服务，有可能存在多个sentinel的down-after-milliseconds配置不同，这个在实际生产中要注意。

客观下线：当主观下线的节点是主节点时，此时该哨兵3节点会通过指令sentinel is-masterdown-by-addr寻求其它哨兵节点对主节点的判断，如果其他的哨兵也认为主节点主观线下了，则当认为主观下线的票数超过了quorum（选举）个数，此时哨兵节点则认为该主节点确实有问题，这样就客观下线了，大部分哨兵节点都同意下线操作，也就说是客观下线

当某个哨兵（如下图中的哨兵2）判断主库“主观下线”后，就会给其他哨兵发送 is-master-down-by-addr 命令。接着，其他哨兵会根据自己和主库的连接情况，做出 Y 或 N 的响应，Y 相当于赞成票，N 相当于反对票。

如果赞成票数（这里是2）是大于等于哨兵配置文件中的 quorum 配置项（比如这里如果是quorum=2）, 则可以判定主库客观下线了。

2.4 哨兵集群的选举

判断完主库下线后，由哪个哨兵节点来执行主从切换呢？这里就需要哨兵集群的选举机制了。

为什么必然会出现选举/共识机制？

为了避免哨兵的单点情况发生，所以需要一个哨兵的分布式集群。作为分布式集群，必然涉及共识问题（即选举问题）；同时故障的转移和通知都只需要一个主的哨兵节点就可以了。

哨兵的选举机制是什么样的？

哨兵的选举机制其实很简单，就是一个Raft选举算法： 选举的票数大于等于num(sentinels)/2+1时，将成为领导者，如果没有超过，继续选举

Raft算法你可以参看这篇文章分布式算法 - Raft算法

任何一个想成为 Leader 的哨兵，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。

以 3 个哨兵为例，假设此时的 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，就可以了。

这里很多人会搞混 判定客观下线 和 是否能够主从切换（用到选举机制） 两个概念，我们再看一个例子。

Redis 1主4从，5个哨兵，哨兵配置quorum为2，如果3个哨兵故障，当主库宕机时，哨兵能否判断主库“客观下线”？能否自动切换？

经过实际测试：

1、哨兵集群可以判定主库“主观下线”。由于quorum=2，所以当一个哨兵判断主库“主观下线”后，询问另外一个哨兵后也会得到同样的结果，2个哨兵都判定“主观下线”，达到了quorum的值，因此，哨兵集群可以判定主库为“客观下线” 。

2、但哨兵不能完成主从切换。哨兵标记主库“客观下线后”，在选举“哨兵领导者”时，一个哨兵必须拿到超过多数的选票(5/2+1=3票)。但目前只有2个哨兵活着，无论怎么投票，一个哨兵最多只能拿到2票，永远无法达到N/2+1选票的结果。

2.5 新主库的选出

主库既然判定客观下线了，那么如何从剩余的从库中选择一个新的主库呢？

过滤掉不健康的（下线或断线），没有回复过哨兵ping响应的从节点
选择salve-priority从节点优先级最高（redis.conf）的
选择复制偏移量最大，指复制最完整的从节点

2.6 故障的转移

新的主库选择出来后，就可以开始进行故障的转移了。

假设根据我们一开始的图：（我们假设：判断主库客观下线了，同时选出sentinel 3是哨兵leader）

故障转移流程如下：

将slave-1脱离原从节点（PS: 5.0 中应该是replicaof no one)，升级主节点，
将从节点slave-2指向新的主节点
通知客户端主节点已更换
将原主节点（oldMaster）变成从节点，指向新的主节点

转移之后

3. Sentinel获取服务器信息

3.1 Sentinel获取主服务器信息

Sentinel默认会以每10秒一次的频率，通过命令连接向主服务器发送info命令，通过分析info命令的回复来获取主服务器的当前信息，就像在上篇讲到的复制功能，在客户端输入info replication 命令一样，Sentinel可以获取以下两方面的信息：

关于主服务器本身的信息，包括服务器run_id，role的服务器角色。
关于所有从服务器的信息，每个从服务器都由一个slave字符串开头的行记录，记录了从服务器IP和端口(主服务器中有从库的配置信息)。

3.2 Sentinel获取从服务器信息

当Sentinel发现主服务器有新的从服务器出现时，Sentinel除了会为这个新的从服务器创建相应的实例结构(sentinelRedisInstance)之外，Sentinel还会创建连接到从服务器的命令连接和订阅连接。Sentinel默认会以每10秒一次的频率通过命令连接从服务器发送info命令，通过分析info命令的回复来获取从服务器的当前信息。包括:从服务器运行run_ID、从服务器角色role、主服务器的ip及端口、主从服务器的连接状态master_link_status、从服务器的优先级slave_priority。

3.3 Sentinel向主从服务器发送信息

在默认情况下, Sentinel会以每2秒一次的频率，通过命令连接向所有被监视的主服务器和从服务器发送以下格式的命令：

PUBLISH sentinel _:hello  <sentinel的信息，主服务器的信息>

这条命令向服务器的_sentinel_:hello频道发送了一条信息，信息的内容由多个参数组成：

以s_开头以参数记录的是sentinel本身的信息。
而m_开头的参数记录的则是主服务器的信息，如果sentinel正在监视的是主服务器，那么这些参数就是主服务器的信息，如果sentinel正在监视的是从服务器，那么这些参数记录就是从服务器正在复制的主服务器的信息。

参数	描述
S_ip	Sentinel的ip地址
S_port	Sentinel的端口号
S_runid	Sentinel的运行ID
S_epoch	Sentinel 的当前配置纪元
m_name	主服务器的名字
M_ip	主服务器的IP地址
M_port	主服务器的端口号
M_epoch	主服务器的当前配置纪元

以下是一条sentinel通过publish命令向主服务器发送的信息示例：

这个示例中sentinel的ip地址为172.0.0.1端口号为26379, 运行ID为后面一串，当前纪元为0。主服务器的名字为mymaster,ip地址为127.0.0.1,端口号为6379, 当前纪元为0。

3.4 sentinel接收来自主服务器和从服务器的频道信息

当sentinel与一个主服务器或者从服务器建立起订阅连接之后,Sentinel就会通过订阅连接，向服务器发送以下命令：subscribe_sentinel_:hello 。对于每个与Sentinel连接的服务器，Sentinel既通过命令连向服务器的_sentinel_:hello频道发送信息，又通过订阅连接从服务器的_sentinel_:hello频道接收信息。

当有三个sentinel，分别是sentinel1、sentinel2 、sentinel3。三个sentinel在监视同一个服务器，那么当sentinel1向服务器的_sentinel_:hello频道发送一条信息时，所有订阅了_sentinel_:hello频道的sentinel(包括sentinel1自己在内)都会收到这条信息。

当一个sentinel从_sentinel_:hello频道收到一条信息时，sentinel会对这条信息进行分析，提取出信息中sentinel 的 ip 、port、runID等8个参数，并进行以下检查：

如果信息中记录的sentinel运行ID和接收信息的sentinel运行ID相同，那么说明这条信息是sentinel自己发送的，sentinel将丢弃这条信息，不做进一步处理。
相反地，如果信息中记录的sentinel运行ID和接收信息的sentinel运行ID不相同，那说明这条信息监视同一个服务器的其它sentinel发来的，接收信息的sentinel将根据信息中的参数，对相应主服务器的实例结构进行更新。

3.5 sentinel更新自己的sentinels字典

sentinel为主服务器创建实例结构中的sentinels字典，保存了sentinel本身，还监视这个主服务器的其他sentinel的资料。当一个sentinel接收到其他sentinels发来的信息时，接收的sentinel会从信息中分析并提取出两方面参数:

与sentinel有关的参数，包括sentinel的ip、port、runid、配置纪元。
与主服务器有关的参数, 包括监视主服务器的ip、port、runid、配置纪元。

假设分别有三个sentinel: 127.0.0.1:26379、127.0.0.1:26380、127.0.0.1:26381。三个sentinel正在监视主服务器127.0.0.1:6379, 那么当127.0.0.1:26379这个sentinel接收到以下消息时：

这个sentinel将执行以下动作：

第一条信息发送者为自己，信息忽略。
第二条信息发送者为26381, sentinel会根据信息提取出内容，对sentinels字典中26381对应的实例结构进行更新。
第三条信息发送者为23680，同样更新字典中的23680对应的实例结构。

每个sentinel都有自己的一个sentinels字典，对于26379的sentinel它的sentinels字典信息保存了26380和26381两个sentinel信息。其它sentinel也一样。

3.6 sentinel创建连向其他sentinel的命令连接

当sentinel通过频道信息发现一个新的sentinel时，不仅更新sentinels字典，还会创建一个连向sentinel命令连接，而新的sentinel也会创建连向这个sentinel的命令连接，最终监视同一个主服务器的多个sentinel将形成相互连接的网络。如下图所示：

参考文档

redis哨兵机制原理
 redis高可用：哨兵机制详解

Redis6系列17-哨兵机制（Redis Sentinel）详解