Redis是一种开源的、基于内存的、支持多种数据结构的键值存储系统，它可以用作数据库、缓存或消息队列。Redis具有高性能、高并发、持久化、事务、发布订阅等特点，广泛应用于各种场景中。
然而，单个Redis实例也存在一些局限性，比如：
1.内存容量受限于单台机器的物理内存大小，无法存储海量数据
2.单点故障，如果Redis实例宕机或者网络故障，会导致服务不可用
3.扩展性差，如果需要增加或减少Redis实例，需要手动迁移数据和修改客户端配置
为了解决这些问题，Redis提供了集群模式，即将多个Redis实例组成一个逻辑上的大型存储系统，实现数据的分布式存储和访问。Redis集群具有以下特点：
1.自动分片，根据键的哈希值将数据分散到不同的Redis实例上，实现水平扩展和负载均衡
2.复制支持，每个Redis实例可以有多个从节点，实现数据的冗余备份和故障恢复
3.高可用性，如果某个Redis实例或者主从关系发生变化，集群会自动重新配置和选举新的主节点，保证服务的连续性
4.客户端透明，客户端无需知道数据分布在哪个Redis实例上，只需连接到任意一个节点，集群会自动转发请求到正确的节点
那么，Redis集群是如何工作的呢？我们可以从以下几个方面来了解：
1.集群节点：Redis集群由多个节点组成，每个节点是一个独立的Redis实例，可以是主节点或者从节点。每个节点都有一个唯一的节点ID和一个配置纪元（config epoch），用于标识节点的身份和集群的版本。每个节点都保存着整个集群的状态信息，包括节点列表、角色、哈希槽分配等。
2.哈希槽：Redis集群将所有的键空间划分为16384个哈希槽（hash slot），每个键通过CRC16算法计算出一个哈希值，然后对16384取模，得到对应的哈希槽编号。每个哈希槽只属于一个主节点，可以存储多个键值对。当需要访问一个键时，只需找到对应的哈希槽，然后找到对应的主节点即可。
3.数据分片：Redis集群通过哈希槽来实现数据分片，即将不同的哈希槽分配给不同的主节点，使得每个主节点只负责一部分数据。这样可以提高数据存储容量和访问效率。当需要增加或减少主节点时，只需将一些哈希槽迁移至新的主节点即可，无需迁移所有数据。Redis集群提供了reshard命令来实现在线迁移哈希槽。
4.复制支持：Redis集群支持主从复制模式，即每个主节点可以有多个从节点，从节点会复制主节点的数据和命令。这样可以提高数据的可靠性和可用性，当主节点发生故障时，可以从从节点中选举一个新的主节点接管其哈希槽。Redis集群提供了failover命令来实现手动故障转移，也可以通过配置cluster-node-timeout参数来实现自动故障转移。
5.集群协议：Redis集群使用一个二进制的集群协议来维护集群的状态和通信。集群协议主要包括以下几种消息：
6.PING：每个节点每秒钟会向其他节点发送PING消息，携带自己的状态信息，用于发现和检测其他节点。
7.PONG：接收到PING消息的节点会回复PONG消息，携带自己的状态信息，用于更新和确认其他节点的信息。
8.MEET：当需要将一个新节点加入集群时，可以向任意一个节点发送MEET消息，该节点会将MEET消息转发给其他节点，使得新节点被集群所认识。
9.FAIL：当某个节点判断另一个节点已经下线时，会向其他节点发送FAIL消息，标记该节点为失败状态。
10.UPDATE：当某个节点的配置纪元更高时，会向其他节点发送UPDATE消息，通知其他节点更新自己的配置信息。
11.MIGRATE：当某个节点需要迁移哈希槽时，会向目标节点发送MIGRATE消息，请求目标节点接收该哈希槽。
12.IMPORTING：当某个节点同意接收哈希槽时，会向源节点发送IMPORTING消息，表示正在导入该哈希槽。
13.GONE：当某个节点完成哈希槽迁移时，会向源节点发送GONE消息，表示已经删除该哈希槽。
14.客户端支持：Redis集群对客户端是透明的，客户端无需关心数据分布在哪个节点上，只需连接到任意一个节点即可。当客户端发送一个命令时，目标节点会根据键计算出对应的哈希槽，然后检查自己是否负责该哈希槽。如果是，则直接执行该命令并返回结果；如果不是，则返回一个MOVED错误，告诉客户端正确的节点地址。客户端收到MOVED错误后，会缓存该信息，并重新向正确的节点发送命令。这样就实现了客户端的自动重定向。另外，客户端还需要支持ASK错误和CLUSTER SLOTS命令，用于处理特殊情况下的重定向。