技術(shù)特征：

1.一種基于Gossip通信協(xié)議和Raft選舉算法的優(yōu)化方法，是應(yīng)用于由N×(n+1)個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的Redis集群中，所述節(jié)點(diǎn)是運(yùn)行在集群模式下的Redis服務(wù)器，并分為N個(gè)主節(jié)點(diǎn)和N×n個(gè)從節(jié)點(diǎn)，任意一個(gè)主節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于n個(gè)從節(jié)點(diǎn)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的n個(gè)從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)分片；其特征是，所述優(yōu)化方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、全局定義：

定義所述N個(gè)主節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的主節(jié)點(diǎn)集合為{M₁,M₂,…,M_i,…,M_N}，M_i表示第i個(gè)主節(jié)點(diǎn)；1≤i≤N；

定義所述第i個(gè)主節(jié)點(diǎn)M_i的從節(jié)點(diǎn)集合為{S_i1,S_i2,…,S_ij,…,S_in}，S_ij表示第i個(gè)主節(jié)點(diǎn)M_i所對(duì)應(yīng)的第j個(gè)從節(jié)點(diǎn)；1≤j≤n；

定義Redis集群中的所有節(jié)點(diǎn)集合為{N₁,N₂,…,N_k,…,N_N×(n+1)}，N_k表示第k個(gè)節(jié)點(diǎn)，1≤k≤N×(n+1)；

定義保存所述第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k詳細(xì)狀態(tài)信息的結(jié)構(gòu)體為第k個(gè)狀態(tài)結(jié)構(gòu)體CN_k；

定義保存并維護(hù)所述第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k對(duì)Redis集群認(rèn)知的結(jié)構(gòu)體為第k個(gè)認(rèn)知結(jié)構(gòu)體CS_k，所述第k個(gè)認(rèn)知結(jié)構(gòu)體CS_k中所保存的信息包括：當(dāng)前紀(jì)元、上一次投票紀(jì)元和Redis集群中所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)體；定義第k個(gè)認(rèn)知結(jié)構(gòu)體CS_k中的當(dāng)前紀(jì)元記為CE_k、上一次投票紀(jì)元記為LE_k、所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)體所組成的鏈表為NO_k；

定義任意第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p和第q個(gè)節(jié)點(diǎn)N_q之間周期性的通信消息為PING/PONG消息；1≤p,q≤N×(n+1)；p≠q；

所述第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p發(fā)送的PING/PONG消息中攜帶自身的狀態(tài)信息和相應(yīng)的Gossip單元；定義所述Gossip單元包含w條Gossip消息；每條Gossip消息對(duì)應(yīng)一個(gè)其他節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，通過Redis集群中的PING/PONG消息傳播，所述第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p更新自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)體CS_p；

定義節(jié)點(diǎn)間的通信超時(shí)時(shí)間為T；

定義所述Redis集群中的所有節(jié)點(diǎn)分為三種狀態(tài)，包括：在線狀態(tài)、疑似下線狀態(tài)、下線狀態(tài)；

在線狀態(tài)表示第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p在發(fā)送PING消息后，在通信超時(shí)時(shí)間T內(nèi)收到接收第q個(gè)節(jié)點(diǎn)N_q的PONG消息，則第q個(gè)節(jié)點(diǎn)N_q認(rèn)為第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p處于在線狀態(tài)；

疑似下線狀態(tài)表示第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p在發(fā)送PING消息后，在通信超時(shí)時(shí)間T內(nèi)沒有收到接收第q個(gè)節(jié)點(diǎn)N_q的PONG消息，則第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p認(rèn)為第q個(gè)節(jié)點(diǎn)N_q處于疑似下線狀態(tài)；

下線狀態(tài)表示第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p發(fā)現(xiàn)超過個(gè)主節(jié)點(diǎn)認(rèn)為第q個(gè)節(jié)點(diǎn)N_q處于疑似下線狀態(tài)，則第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p認(rèn)為第q個(gè)節(jié)點(diǎn)N_q處于下線狀態(tài)，并將第q個(gè)節(jié)點(diǎn)N_q的下線消息廣播給其他節(jié)點(diǎn)；

定義在Redis集群中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k的鏈表NO_k中處于疑似下線狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為u_k；

定義選取次數(shù)為r，并初始化r＝1；

步驟2、第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k每秒鐘固定向其他m個(gè)接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送PING消息；

步驟3、基于Gossip通信協(xié)議優(yōu)化方法對(duì)m的值和接收節(jié)點(diǎn)的選取方式進(jìn)行更改：

步驟3.1、令

步驟3.2、第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k在Redis集群中未選取的節(jié)點(diǎn)內(nèi)第r次隨機(jī)選取一個(gè)預(yù)接收節(jié)點(diǎn)，判斷所述預(yù)接收節(jié)點(diǎn)與第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k之間中斷PING/PONG通信的時(shí)間是否超過T/2，若超過，則將所述預(yù)接收節(jié)點(diǎn)作為接收節(jié)點(diǎn)；否則，丟棄所述預(yù)接收節(jié)點(diǎn)；

步驟3.3、將r+1賦值給r，并返回步驟3.2執(zhí)行，直到r＝m+1為止，從而獲得m₁個(gè)接收節(jié)點(diǎn)；

步驟3.4、判斷m₁＝m是否成立，若成立，則執(zhí)行步驟3.8，否則執(zhí)行步驟3.5；

步驟3.5、初始化r＝1；

步驟3.6、第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k在Redis集群中未選取的節(jié)點(diǎn)內(nèi)第r次隨機(jī)選取一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)；

步驟3.7、將r+1賦值給r，并返回步驟3.6執(zhí)行，直到r＝m-m₁+1為止，從而獲得m-m₁個(gè)接收節(jié)點(diǎn)；

步驟3.8、第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k向m個(gè)接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送PING消息；

步驟4、主節(jié)點(diǎn)M′故障后，第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k向主節(jié)點(diǎn)M′發(fā)送PING消息，并在通信超時(shí)時(shí)間T內(nèi)未收到主節(jié)點(diǎn)M′的PONG消息，則第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k認(rèn)為主節(jié)點(diǎn)M′處于疑似下線狀態(tài)，并將所述主節(jié)點(diǎn)M′的狀態(tài)信息作為一條Gossip消息添加到PING/PONG消息的Gossip單元中，并發(fā)送給其他節(jié)點(diǎn)，從而告知其他節(jié)點(diǎn)主節(jié)點(diǎn)M′處于疑似下線狀態(tài)；

步驟5、通過PING/PONG消息的傳播，主節(jié)點(diǎn)M′的疑似下線消息會(huì)在Redis集群中擴(kuò)散，基于Gossip通信協(xié)議的優(yōu)化方法對(duì)w的值和Gossip單元的選取方式進(jìn)行更改：

步驟5.1、令w_k＝w+u_k；

步驟5.2、第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k標(biāo)記u_k個(gè)處于疑似下線狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，并將所述u_k個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息優(yōu)先添加到自身PING/PONG消息的Gossip單元中；

步驟5.3、第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k在未選取的節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選取w個(gè)節(jié)點(diǎn)，并將所述w個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息優(yōu)先添加到自身PING/PONG消息的Gossip單元中；從而共選取w+u_k個(gè)節(jié)點(diǎn)作為w_k個(gè)Gossip消息添加到Gossip單元中；

步驟6、通過PING/PONG消息的傳播，第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p發(fā)現(xiàn)超過個(gè)主節(jié)點(diǎn)認(rèn)為主節(jié)點(diǎn)M′處于疑似下線狀態(tài)，則第p個(gè)節(jié)點(diǎn)N_p認(rèn)為主節(jié)點(diǎn)M′處于下線狀態(tài)，并將主節(jié)點(diǎn)M′的下線消息廣播給其他節(jié)點(diǎn)；從而使得主節(jié)點(diǎn)M′處于下線狀態(tài)的消息在Redis集群中傳播；

步驟7、假設(shè)發(fā)生故障的主節(jié)點(diǎn)M′所對(duì)應(yīng)的主節(jié)點(diǎn)為第i個(gè)主節(jié)點(diǎn)M_i；則當(dāng)從節(jié)點(diǎn)集合{S_i1,S_i2,…,S_ij,…,S_in}接收到的PING/PONG消息中包含主節(jié)點(diǎn)M′處于下線狀態(tài)的信息時(shí)，第j個(gè)從節(jié)點(diǎn)S_ij向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)起投票請(qǐng)求；

步驟8、第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k接收到所述第j個(gè)從節(jié)點(diǎn)S_ij的投票請(qǐng)求，則基于Raft選舉算法對(duì)投票方式進(jìn)行更改：

步驟8.1、第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k將認(rèn)知結(jié)構(gòu)體CS_k上的當(dāng)前紀(jì)元CE_k和上一次投票紀(jì)元LE_k保存到鏈表NO_k的所有狀態(tài)結(jié)構(gòu)體中；從而使得所有狀態(tài)結(jié)構(gòu)體中均保存各自的當(dāng)前紀(jì)元和上一次投票紀(jì)元；

步驟8.2、若第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k是主節(jié)點(diǎn)，則獲得發(fā)生故障的主節(jié)點(diǎn)M′在所有節(jié)點(diǎn)中所在的位置z后，第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k通過認(rèn)知結(jié)構(gòu)體CS_k保存的第z個(gè)狀態(tài)結(jié)構(gòu)體CN_z上的當(dāng)前紀(jì)元和上一次投票紀(jì)元來判斷是否發(fā)送支持票給第j個(gè)從節(jié)點(diǎn)S_ij；若第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k是從節(jié)點(diǎn)，則第k個(gè)節(jié)點(diǎn)N_k對(duì)投票請(qǐng)求不做任何處理；

步驟9、當(dāng)?shù)趈個(gè)從節(jié)點(diǎn)S_ij接收到個(gè)主節(jié)點(diǎn)的支持票時(shí)，第j個(gè)從節(jié)點(diǎn)S_ij升為新的主節(jié)點(diǎn)，代替原來主節(jié)點(diǎn)的功能，并通過廣播PING消息告知所有的其他節(jié)點(diǎn)，從而使得Redis集群中所有節(jié)點(diǎn)得知第j個(gè)從節(jié)點(diǎn)S_ij升為主節(jié)點(diǎn)；

步驟10、Redis集群恢復(fù)成功。