1.Redis分片集群

1.1.搭建分片集群

主從和哨兵可以解決高可用、高并發(fā)讀的問題。但是依然有兩個問題沒有解決：

• 海量數(shù)據(jù)存儲問題
• 高并發(fā)寫的問題

使用分片集群可以解決上述問題，如圖:

分片集群特征：

• 集群中有多個master，每個master保存不同數(shù)據(jù)
• 每個master都可以有多個slave節(jié)點
• master之間通過ping監(jiān)測彼此健康狀態(tài)
• 客戶端請求可以訪問集群任意節(jié)點，最終都會被轉(zhuǎn)發(fā)到正確節(jié)點

分片集群需要的節(jié)點數(shù)量較多，這里我們搭建一個最小的分片集群，包含3個master節(jié)點，每個master包含一個slave節(jié)點，結(jié)構(gòu)如下：

這里我們會在同一臺虛擬機中開啟6個redis實例，模擬分片集群，信息如下：

1.2.準備實例和配置

刪除之前的7001、7002、7003這幾個目錄，重新創(chuàng)建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目錄：

# 進入/tmp目錄
cd /tmp
# 刪除舊的，避免配置干擾
rm -rf 7001 7002 7003
# 創(chuàng)建目錄
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

在/tmp下準備一個新的redis.conf文件，內(nèi)容如下：

port 6379
# 開啟集群功能
cluster-enabled yes
# 集群的配置文件名稱，不需要我們創(chuàng)建，由redis自己維護
cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf
# 節(jié)點心跳失敗的超時時間
cluster-node-timeout 5000
# 持久化文件存放目錄
dir /tmp/6379
# 綁定地址
bind 0.0.0.0
# 讓redis后臺運行
daemonize yes
# 注冊的實例ip
replica-announce-ip 192.168.150.101
# 保護模式
protected-mode no
# 數(shù)據(jù)庫數(shù)量
databases 1
# 日志
logfile /tmp/6379/run.log

將這個文件拷貝到每個目錄下：

# 進入/tmp目錄
cd /tmp
# 執(zhí)行拷貝
echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf

修改每個目錄下的redis.conf，將其中的6379修改為與所在目錄一致：

# 進入/tmp目錄
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

1.3.啟動

因為已經(jīng)配置了后臺啟動模式，所以可以直接啟動服務：

# 進入/tmp目錄
cd /tmp
# 一鍵啟動所有服務
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf

通過ps查看狀態(tài)：

ps -ef | grep redis

發(fā)現(xiàn)服務都已經(jīng)正常啟動：

如果要關(guān)閉所有進程，可以執(zhí)行命令：

ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill

或者（推薦這種方式）：

printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown

1.4.創(chuàng)建集群

雖然服務啟動了，但是目前每個服務之間都是獨立的，沒有任何關(guān)聯(lián)。

我們需要執(zhí)行命令來創(chuàng)建集群，在Redis5.0之前創(chuàng)建集群比較麻煩，5.0之后集群管理命令都集成到了redis-cli中。

1）Redis5.0之前

Redis5.0之前集群命令都是用redis安裝包下的src/redis-trib.rb來實現(xiàn)的。因為redis-trib.rb是由ruby語言編寫的所以需要安裝ruby環(huán)境。

# 安裝依賴
yum -y install zlib ruby rubygems
gem install redis

然后通過命令來管理集群：

# 進入redis的src目錄
cd /tmp/redis-6.2.4/src
# 創(chuàng)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

2）Redis5.0以后

我們使用的是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

命令說明：

• redis-cli --cluster或者./redis-trib.rb：代表集群操作命令
• create：代表是創(chuàng)建集群
• --replicas 1或者--cluster-replicas 1 ：指定集群中每個master的副本個數(shù)為1，此時節(jié)點總數(shù) ÷ (replicas + 1) 得到的就是master的數(shù)量。因此節(jié)點列表中的前n個就是master，其它節(jié)點都是slave節(jié)點，隨機分配到不同master

運行后的樣子：

這里輸入yes，則集群開始創(chuàng)建：

通過命令可以查看集群狀態(tài)：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

1.5.測試

嘗試連接7001節(jié)點，存儲一個數(shù)據(jù)：

# 連接
redis-cli -p 7001
# 存儲數(shù)據(jù)
set num 123
# 讀取數(shù)據(jù)
get num
# 再次存儲
set a 1

結(jié)果悲劇了：

這是因為a鍵在別的節(jié)點set過了

集群操作時，需要給redis-cli加上-c參數(shù)才可以：

redis-cli -c -p 7001

這次可以了：

2.散列插槽原理

2.1.插槽原理

Redis會把每一個master節(jié)點映射到0~16383共16384個插槽（hash slot）上，查看集群信息時就能看到：

數(shù)據(jù)key不是與節(jié)點綁定，而是與插槽綁定。redis會根據(jù)key的有效部分計算插槽值，分兩種情況：

• key中包含"{}"，且“{}”中至少包含1個字符，“{}”中的部分是有效部分
• key中不包含“{}”，整個key都是有效部分

例如：key是num，那么就根據(jù)num計算，如果是{zqd}num，則根據(jù)zqd計算。計算方式是利用CRC16算法得到一個hash值，然后對16384取余，得到的結(jié)果就是slot值。

如圖，在7001這個節(jié)點執(zhí)行set a 1時，對a做hash運算，對16384取余，得到的結(jié)果是15495，因此要存儲到103節(jié)點。

到了7003后，執(zhí)行get num時，對num做hash運算，對16384取余，得到的結(jié)果是2765，因此需要切換到7001節(jié)點

2.2.小結(jié)

Redis如何判斷某個key應該在哪個實例？

• 將16384個插槽分配到不同的實例
• 根據(jù)key的有效部分計算哈希值，對16384取余
• 余數(shù)作為插槽，尋找插槽所在實例即可

如何將同一類數(shù)據(jù)固定的保存在同一個Redis實例？

• 這一類數(shù)據(jù)使用相同的有效部分，例如key都以{typeId}為前綴

3.集群伸縮

redis-cli --cluster提供了很多操作集群的命令，可以通過下面方式查看：

比如，添加節(jié)點的命令：

3.1.需求分析

需求：向集群中添加一個新的master節(jié)點，并向其中存儲 num = 10

• 啟動一個新的redis實例，端口為7004
• 添加7004到之前的集群，并作為一個master節(jié)點
• 給7004節(jié)點分配插槽，使得num這個key可以存儲到7004實例

這里需要兩個新的功能：

• 添加一個節(jié)點到集群中
• 將部分插槽分配到新插槽

3.2.創(chuàng)建新的redis實例

創(chuàng)建一個文件夾：

mkdir 7004

拷貝配置文件：

cp redis.conf /7004

修改配置文件：

sed /s/6379/7004/g 7004/redis.conf

啟動

redis-server 7004/redis.conf

3.3.添加新節(jié)點到redis

添加節(jié)點的語法如下：

執(zhí)行命令：

redis-cli --cluster add-node 192.168.150.101:7004 192.168.150.101:7001

通過命令查看集群狀態(tài)：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

如圖，7004加入了集群，并且默認是一個master節(jié)點：

但是，可以看到7004節(jié)點的插槽數(shù)量為0，因此沒有任何數(shù)據(jù)可以存儲到7004上

3.4.轉(zhuǎn)移插槽

我們要將num存儲到7004節(jié)點，因此需要先看看num的插槽是多少：

如上圖所示，num的插槽為2765.

我們可以將0~3000的插槽從7001轉(zhuǎn)移到7004，命令格式如下：

具體命令如下：

建立連接：

得到下面的反饋：

詢問要移動多少個插槽，我們計劃是3000個：

新的問題來了：

那個node來接收這些插槽？？

顯然是7004，那么7004節(jié)點的id是多少呢？

復制這個id，然后拷貝到剛才的控制臺后：

這里詢問，你的插槽是從哪里移動過來的？

• all：代表全部，也就是三個節(jié)點各轉(zhuǎn)移一部分
• 具體的id：目標節(jié)點的id
• done：沒有了

這里我們要從7001獲取，因此填寫7001的id：

填完后，點擊done，這樣插槽轉(zhuǎn)移就準備好了：

確認要轉(zhuǎn)移嗎？輸入yes：

然后，通過命令查看結(jié)果：

可以看到：

目的達成。

4.故障轉(zhuǎn)移

集群初識狀態(tài)是這樣的：

其中7001、7002、7003都是master，我們計劃讓7002宕機。

4.1.自動故障轉(zhuǎn)移

當集群中有一個master宕機會發(fā)生什么呢？

直接停止一個redis實例，例如7002：

redis-cli -p 7002 shutdown

1）首先是該實例與其它實例失去連接

2）然后是疑似宕機：

3）最后是確定下線，自動提升一個slave為新的master：

4）當7002再次啟動，就會變?yōu)橐粋€slave節(jié)點了：

4.2.手動故障轉(zhuǎn)移

利用cluster failover命令可以手動讓集群中的某個master宕機，切換到執(zhí)行cluster failover命令的這個slave節(jié)點，實現(xiàn)無感知的數(shù)據(jù)遷移。其流程如下：

這種failover命令可以指定三種模式：

• 缺省：默認的流程，如圖1~6歩
• force：省略了對offset的一致性校驗
• takeover：直接執(zhí)行第5歩，忽略數(shù)據(jù)一致性、忽略master狀態(tài)和其它master的意見

案例需求：在7002這個slave節(jié)點執(zhí)行手動故障轉(zhuǎn)移，重新奪回master地位

步驟如下：

1）利用redis-cli連接7002這個節(jié)點

2）執(zhí)行cluster failover命令

如圖：

效果：

5.RedisTemplate訪問分片集群

RedisTemplate底層同樣基于lettuce實現(xiàn)了分片集群的支持，而使用的步驟與哨兵模式基本一致：

1）引入redis的starter依賴

2）配置分片集群地址

3）配置讀寫分離

與哨兵模式相比，其中只有分片集群的配置方式略有差異，如下：

spring:
  redis:
    cluster:
      nodes:
        - 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

到此這篇關(guān)于淺談Redis分片集群搭建及其原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis分片集群搭建內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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