Redis Cluster作为一个开源Key-Value模型分布式内存数据库,其将用户全部数据分布存储在节点的内存空间,极大提升数据读写操作的效率,满足用户对传统关系型数据库新需求。论文基于Redis-3.0.3版本源代码,首先分析Redis Cluster实现原理,包括Redis数据库、Redis对象、Redis数据结构、Redis分布式内存数据库解决方案的设计实现,以及主从同步功能、数据持久化解决方案AOF持久化功能、RDB持久化功能等设计实现。其次,分析Redis Cluster存在的问题并提出对应的解决方案,主要包括字典rehash优化、整数集合优化、压缩列表连锁更新优化、压缩列表优化,主从同步中部分重同步复制积压缓冲区弹性扩展与完整重同步RDB文件增量同步的设计实现,Hiredis中关于MOVED重定向与ASK错误处理方案设计实现,集群命令行工具Redis-trib密码集成设计实现等。然后,设计测试方案与用例数据对比分析优化前后Redis Cluster处理相关问题性能效率,主要包括字典rehash测试、整数集合性能测试、压缩列表连锁更新测试与压缩列表测试,主从同步中部分重同步复制积压缓冲区弹性扩展与完整重同步RDB文件增量同步测试,以及Redis-trib密码集成功能测试。最后,基于优化后的Redis-3.0.3源代码与Redis-trib搭建Redis Cluster,基于优化后的Hiredis编写客户端,设计并实现URL热度查询系统,分析系统的应用数据结果,对Redis Cluster实际应用场景中存在问题进行分析总结。