Redis进阶 - Redis分片集群
Redis进阶 - Redis分片集群
搭建分片集群
主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。但是依然有两个问题没有解决:
- 海量数据存储问题
- 高并发写的问题
使用分片集群可以解决上述问题,分片集群特征:
- 集群中有多个 master,每个 master 保存不同数据
- 每个 master 都可以有多个 slave 节点
- master 之间通过 ping 监测彼此健康状态
- 客户端请求可以访问集群任意节点,最终都会被转发到正确节点
集群结构
分片集群需要的节点数量较多,这里我们搭建一个最小的分片集群,包含3个master节点,每个master包含一个slave节点,结构如下:
这里我们会在同一台虚拟机中开启6个redis实例,模拟分片集群,信息如下:
IP | PORT | 角色 |
---|---|---|
192.168.150.101 | 7001 | master |
192.168.150.101 | 7002 | master |
192.168.150.101 | 7003 | master |
192.168.150.101 | 8001 | slave |
192.168.150.101 | 8002 | slave |
192.168.150.101 | 8003 | slave |
准备实例和配置
删除之前的7001、7002、7003这几个目录,重新创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录:
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 删除旧的,避免配置干扰
rm -rf 7001 7002 7003
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003
在/tmp下准备一个新的redis.conf文件,内容如下:
port 6379
# 开启集群功能
cluster-enabled yes
# 集群的配置文件名称,不需要我们创建,由redis自己维护
cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf
# 节点心跳失败的超时时间
cluster-node-timeout 5000
# 持久化文件存放目录
dir /tmp/6379
# 绑定地址
bind 0.0.0.0
# 让redis后台运行
daemonize yes
# 注册的实例ip
replica-announce-ip 192.168.150.101
# 保护模式
protected-mode no
# 数据库数量
databases 1
# 日志
logfile /tmp/6379/run.log
将这个文件拷贝到每个目录下:
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 执行拷贝
echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf
修改每个目录下的redis.conf,将其中的6379修改为与所在目录一致:
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 修改配置文件
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t sed -i 's/6379/{}/g' {}/redis.conf
启动
因为已经配置了后台启动模式,所以可以直接启动服务:
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 一键启动所有服务
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf
通过ps查看状态:
ps -ef | grep redis
发现服务都已经正常启动:
如果要关闭所有进程,可以执行命令:
ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill
或者(推荐这种方式):
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown
创建集群
虽然服务启动了,但是目前每个服务之间都是独立的,没有任何关联。
我们需要执行命令来创建集群,在Redis5.0之前创建集群比较麻烦,5.0之后集群管理命令都集成到了redis-cli中。
- Redis5.0之前
Redis5.0之前集群命令都是用redis安装包下的src/redis-trib.rb来实现的。因为redis-trib.rb是有ruby语言编写的所以需要安装ruby环境。
# 安装依赖
yum -y install zlib ruby rubygems
gem install redis
然后通过命令来管理集群:
# 进入redis的src目录
cd /tmp/redis-6.2.4/src
# 创建集群
./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.150.101:7001 192.168.150.101:7002 192.168.150.101:7003 192.168.150.101:8001 192.168.150.101:8002 192.168.150.101:8003
- Redis5.0以后
我们使用的是Redis6.2.4版本,集群管理以及集成到了redis-cli中,格式如下:
redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.150.101:7001 192.168.150.101:7002 192.168.150.101:7003 192.168.150.101:8001 192.168.150.101:8002 192.168.150.101:8003
命令说明:
redis-cli --cluster
或者./redis-trib.rb
:代表集群操作命令create
:代表是创建集群--replicas 1
或者--cluster-replicas 1
:指定集群中每个master的副本个数为1,此时节点总数 ÷ (replicas + 1)
得到的就是master的数量。因此节点列表中的前n个就是master,其它节点都是slave节点,随机分配到不同master
运行后的样子:
这里输入yes,则集群开始创建:
通过命令可以查看集群状态:
redis-cli -p 7001 cluster nodes
测试
尝试连接7001节点,存储一个数据:
# 连接
redis-cli -p 7001
# 存储数据
set num 123
# 读取数据
get num
# 再次存储
set a 1
结果悲剧了:
集群操作时,需要给redis-cli
加上-c
参数才可以:
redis-cli -c -p 7001
这次可以了:
散列插槽
Redis 会把每一个 master 节点映射到 0~16383 共 16384 个插槽(hash slot)上,查看集群信息时就能看到:
数据 key 不是与节点绑定,而是与插槽绑定。Redis 会根据 key 的有小部分计算插槽值,分两种情况:
- key 中包含
{}
,且{}
中至少包含 1 个字符,{}
中的部分是有效部分 - key 中不包含
{}
,整个 key 都是有效部分
::: 例如
key 是 num,那么就根据 num 计算,如果是 {itcast}num,则根据 itcast 计算。计算方式是利用 CRC16 算法得到一个 hash 值,然后对 16384 取余,得到的结果就是 slot 值。
:::
Redis如何判断某个 key 应该在哪个实例?
- 将 16384 个插槽分配到不同的实例
- 根据 key 的有效部分计算哈希值,对 16384 取余
- 余数作为插槽,寻找插槽所在实例即可
如何将同一类数据固定的保存在同一个 Redis 实例?
- 这一类数据使用相同的有效部分,例如 key 都以 { typeid } 为前缀
集群伸缩
集群伸缩就是集群节点能够动态的增加和减少,并且在集群伸缩的同时,也伴随着槽位及槽位中数据在节点之间的移动。
redis-cli --cluster 提供了很多操作集群的命令,可以通过redis-cli --cluster help
指令查看。
向集群中添加一个新 master 节点,并存储 num = 1000 :
- 启动一个新的 Redis 实例,端口为 7004
# 创建实例目录
mkdir 7004
# 创建 redis 服务
sed -i s/6379/7004/g 7004/redis.conf
# 运行 redis 服务
redis-server 7004/redis.conf
- 添加 7004 到之前的集群,并作为一个 master 节点
redis-cli --cluster add-node 192.168.150.101:7004 192.168.150.101:7001
- 给 7004 节点分配插槽,使得 num 这个 key 可以存储到 7004 实例
# 重新分片
redis-cli --cluster reshard 192.168.150.101:7001
# 移动 3000 个插槽
How many slots do you want to move (from 1 to 16384)? 3000
# 接收插槽的 ID
What is the receiving node ID? 「这里输入 7001 的 ID 即可」
# 使用 done 结束
# 是否确认移动
Do you want to proceed with the proposed rehard plan (yes/no)? yes
故障转移
当集群中有一个 master 宕机会发生什么?
首先是该实例与其他实例失去连接
然后是疑似宕机
最后是确定下线,自动提升一个 slave 为新的 master
这里选取 slave 的方式是根据 offset 偏移量和 id 进行筛选
数据迁移
利用 cluster failover 命令可以手动让集群中的某个 master 宕机,切换到执行 cluster failover 命令的这个 slave 节点,实现无感知的数据迁移。具体的流程如下:
手动的 Failover 支持三种不同模式:
- 缺省:默认的流程
- force:省略的对 offset 的一致性校验
- takeover:直接执行第 5 步,忽略数据一致性、忽略 master 状态和其他 master 的意见
RedisTemplate访问分片集群
RedisTemplate 底层同样基于 lettuce 实现了分片集群的支持,而使用的步骤与哨兵模式基本一致:
引入 redis 的 starter 依赖
配置分片集群地址
配置读写分离
与哨兵模式相比,其中只有分片集群的配置方式略有差异,如下:
spring:
redis:
cluster:
nodes: # 指定分片集群的每一个节点信息
- 192.168.150.101:7001
- 192.168.150.101:7002
- 192.168.150.101:7003
- 192.168.150.101:8001
- 192.168.150.101:8002
- 192.168.150.101:8003