08_哨兵集群：哨兵挂了，主从库还能切换吗？
上文学习了哨兵机制，它可以实现主从库的自动切换
通过部署多个实例，就形成了一个哨兵集群
哨兵集群中的多个实例共同判断，可以降低对主库下线的误判率
但是，我们还是要考虑一个问题：如果有哨兵实例在运行时发生了故障，主从库还能正常切换吗？
实际上，一旦多个实例组成了哨兵集群，即使有哨兵实例出现故障挂掉了，其他哨兵还能继续协作完成主从库切换的工作，包括判定主库是不是处于下线状态，选择新主库，以及通知从库和客户端
如果部署过哨兵集群的话就会知道，在配置哨兵的信息时，我们只需要下面的这个配置项，设置主库的 IP 和端口，并没有配置其他哨兵的连接信息sentinel monitor <master-name> <ip> <redis-port> <quorum>
这些哨兵实例既然都不知道彼此的地址，又是怎么组成集群呢？
基于 pub/sub 机制的哨兵集群组成
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
哨兵只要和主库建立起了连接，就可以在主库上发布消息了，比如说发布它自己的连接信息（IP、端口）
同时，它也可以从主库上订阅消息，获得其他哨兵发布的连接信息
当多个哨兵实例都在主库上做了发布和订阅操作后，它们之间就能知道彼此的 IP 地址和端口
除了哨兵实例，我们自己编写的应用程序也可以通过 Redis 进行消息的发布和订阅
所以，为了区分不同应用的消息，Redis 会以频道的形式，对这些消息进行分门别类的管理
所谓的频道，实际上就是消息的类别
当消息类别相同时，它们就属于同一个频道，反之，就属于不同的频道
只有订阅同一个频道的应用，才能通过发布的消息进行消息交换
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互相发现，实现通信的
举个例子
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
哨兵除了彼此之间建立起连接形成集群外，还需要和从库建立连接
这是因为，在哨兵的监控任务中，它需要对主从库都进行心跳判断，而且在主从库切换完成后，它还需要通知从库，让它们和新主库进行同步
那么哨兵是如何知道从库的 IP 和端口呢？
这是由哨兵向主库发送 INFO 命令来完成的
如下图所示，哨兵 2 给主库发送 INFO 命令，主库接收到这个命令后，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
通过 pub/sub 机制，哨兵之间可以组成集群
同时，哨兵又通过 INFO 命令，获得了从库连接信息，也能和从库建立连接，并进行监控了
但是，哨兵不能只和主、从库连接
因为，主从库切换后，客户端也需要知道新主库的连接信息，才能向新主库发送请求操作
所以哨兵还需要完成把新主库的信息告诉客户端这个任务
基于 pub/sub 机制的客户端事件通知
从本质上说，哨兵就是一个运行在特定模式下的 Redis 实例，只不过它并不服务请求操作，只是完成监控、选主和通知的任务
所以每个哨兵也提供 pub/sub 机制，客户端可以从哨兵订阅信息
哨兵提供的消息订阅频道有很多，不同频道包含了主从库切换过程中的不同关键事件
下图是一些重要的事件
知道了这些频道之后，你就可以让客户端从哨兵这里订阅消息了
具体的操作步骤是，客户端读取哨兵的配置文件后，可以获得哨兵的地址和端口，和哨兵建立网络连接
然后我们可以在客户端执行订阅命令，来获取不同的事件信息
举个例子，可以执行如下命令，来订阅"所有实例进入客观下线状态的事件"SUBSCRIBE +odown
也可以订阅所有的事件PSUBSCRIBE *
当哨兵把新主库选择出来后，客户端就会看到下面的 switch-master 事件
这个事件表示主库已经切换了，新主库的 IP 地址和端口信息已经有了
这个时候，客户端就可以用这里面的新主库地址和端口进行通信switch-master <master name> <oldip> <oldport> <newip> <newport>
有了这些事件通知，客户端不仅可以在主从切换后得到新主库的连接信息，还可以监控到主从库切换过程中发生的各个重要事件
这样，客户端就可以知道主从切换进行到哪一步了，有助于了解切换进度
由哪个哨兵执行主从切换？
确定由哪个哨兵执行主从切换的过程，和主库"客观下线"的判断过程类似，也是一个投票仲裁的过程
在具体了解这个过程前，我们再来看下，判断"客观下线"的仲裁过程
哨兵集群要判定主库"客观下线"，需要有一定数量的实例都认为该主库已经"主观下线了"
这是判断"客观下线"的原则，接下来我们来看下具体的判断过程
任何一个实例只要自身判断主库"主观下线"后，就会给其它实例发送 is-master-down-by-addr 命令
接着，其它实例会根据自己和主库的连接情况，做出 Y 或 N 的响应
一个哨兵获得了仲裁所需的赞成票数后，就可以标记主库为"客观下线"
这个所需的赞成票数是通过哨兵配置文件中的 quorum 配置项设定的
例如，现在有 5 个哨兵，quorum 配置的是 3，那么，一个哨兵需要 3 张赞成票，就可以标记主库为"客观下线"
这 3 张赞成票包括哨兵自己的一张赞成票
此时，这个哨兵就可以再给其它哨兵发送命令，表明希望由自己来执行主从切换，并让所有其他哨兵进行投票
这个投票过程称为"Leader 选举"
因为最终执行主从切换的哨兵称为 Leader，投票过程就是确认 Leader
在投票过程中，任何一个想成为 Leader 的哨兵，要满足两个条件
- 拿到半数以上的赞成票
- 拿到的票数需要大于等于哨兵配置文件中的 quorum 值
用一张图片展示一下 3 个哨兵、quorum 为 2 的选举过程
在 T1 时刻，S1 判断主库为“客观下线”，它想成为 Leader，就先给自己投一张赞成票，然后分别向 S2 和 S3 发送命令，表示要成为 Leader
在 T2 时刻，S3 判断主库为“客观下线”，它也想成为 Leader，所以也先给自己投一张赞成票，再分别向 S1 和 S2 发送命令，表示要成为 Leader
在 T3 时刻，S1 收到了 S3 的 Leader 投票请求
因为 S1 已经给自己投了一票 Y，所以它不能再给其他哨兵投赞成票了，所以 S1 回复 N 表示不同意
同时，S2 收到了 T2 时 S3 发送的 Leader 投票请求
因为 S2 之前没有投过票，它会给第一个向它发送投票请求的哨兵回复 Y，给后续再发送投票请求的哨兵回复 N，所以，在 T3 时，S2 回复 S3，同意 S3 成为 Leader
在 T4 时刻，S2 才收到 T1 时 S1 发送的投票命令。因为 S2 已经在 T3 时同意了 S3 的投票请求，此时，S2 给 S1 回复 N，表示不同意 S1 成为 Leader
发生这种情况，是因为 S3 和 S2 之间的网络传输正常，而 S1 和 S2 之间的网络传输可能正好拥塞了，导致投票请求传输慢了
最后，在 T5 时刻，S1 得到的票数是来自它自己的一票 Y 和来自 S2 的一票 N
而 S3 除了自己的赞成票 Y 以外，还收到了来自 S2 的一票 Y。此时，S3 不仅获得了半数以上的 Leader 赞成票，也达到预设的 quorum 值（quorum 为 2），所以它最终成为了 Leader
接着，S3 会开始执行选主操作，而且在选定新主库后，会给其他从库和客户端通知新主库的信息
如果 S3 没有拿到 2 票 Y，那么这轮投票就不会产生 Leader
哨兵集群会等待一段时间（也就是哨兵故障转移超时时间的 2 倍），再重新选举
这是因为，哨兵集群能够进行成功投票，很大程度上依赖于选举命令的正常网络传播
如果网络压力较大或有短时堵塞，就可能导致没有一个哨兵能拿到半数以上的赞成票
所以，等到网络拥塞好转之后，再进行投票选举，成功的概率就会增加
需要注意的是，如果哨兵集群只有 2 个实例，此时，一个哨兵要想成为 Leader，必须获得 2 票，而不是 1 票
所以，如果有个哨兵挂掉了，那么，此时的集群是无法进行主从库切换的
因此，通常我们至少会配置 3 个哨兵实例