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(gè)問題沒有解決：

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

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

這里我們會(huì)在同一臺(tái)虛擬機(jī)中開啟6個(gè)redis實(shí)例，模擬分片集群，信息如下：

1.2.準(zhǔn)備實(shí)例和配置

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

# 進(jìn)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(zhǔn)備一個(gè)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(hù)
cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf
# 節(jié)點(diǎn)心跳失敗的超時(shí)時(shí)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(tái)運(yùn)行
daemonize yes
# 注冊(cè)的實(shí)例ip
replica-announce-ip 192.168.150.101
# 保護(hù)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(gè)文件拷貝到每個(gè)目錄下：

# 進(jìn)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(gè)目錄下的redis.conf，將其中的6379修改為與所在目錄一致：

# 進(jìn)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(dòng)

因?yàn)橐呀?jīng)配置了后臺(tái)啟動(dòng)模式，所以可以直接啟動(dòng)服務(wù)：

# 進(jìn)入/tmp目錄
cd /tmp
# 一鍵啟動(dòng)所有服務(wù)
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(wù)都已經(jīng)正常啟動(dòng)：

如果要關(guān)閉所有進(jìn)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(wù)啟動(dòng)了，但是目前每個(gè)服務(wù)之間都是獨(dú)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(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閞edis-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(jìn)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(gè)master的副本個(gè)數(shù)為1，此時(shí)節(jié)點(diǎn)總數(shù) ÷ (replicas + 1) 得到的就是master的數(shù)量。因此節(jié)點(diǎn)列表中的前n個(gè)就是master，其它節(jié)點(diǎn)都是slave節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)分配到不同master

運(yùn)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(diǎn)，存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)：

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

結(jié)果悲劇了：

這是因?yàn)閍鍵在別的節(jié)點(diǎn)set過了

集群操作時(shí)，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(huì)把每一個(gè)master節(jié)點(diǎn)映射到0~16383共16384個(gè)插槽（hash slot）上，查看集群信息時(shí)就能看到：

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

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

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

如圖，在7001這個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行set a 1時(shí)，對(duì)a做hash運(yùn)算，對(duì)16384取余，得到的結(jié)果是15495，因此要存儲(chǔ)到103節(jié)點(diǎn)。

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

2.2.小結(jié)

Redis如何判斷某個(gè)key應(yīng)該在哪個(gè)實(shí)例？

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

如何將同一類數(shù)據(jù)固定的保存在同一個(gè)Redis實(shí)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(diǎn)的命令：

3.1.需求分析

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

• 啟動(dòng)一個(gè)新的redis實(shí)例，端口為7004
• 添加7004到之前的集群，并作為一個(gè)master節(jié)點(diǎn)
• 給7004節(jié)點(diǎn)分配插槽，使得num這個(gè)key可以存儲(chǔ)到7004實(shí)例

這里需要兩個(gè)新的功能：

• 添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)到集群中
• 將部分插槽分配到新插槽

3.2.創(chuàng)建新的redis實(shí)例

創(chuàng)建一個(gè)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(dòng)

redis-server 7004/redis.conf

3.3.添加新節(jié)點(diǎn)到redis

添加節(jié)點(diǎn)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(rèn)是一個(gè)master節(jié)點(diǎn)：

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

3.4.轉(zhuǎn)移插槽

我們要將num存儲(chǔ)到7004節(jié)點(diǎn)，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(dòng)多少個(gè)插槽，我們計(jì)劃是3000個(gè)：

新的問題來了：

那個(gè)node來接收這些插槽？？

顯然是7004，那么7004節(jié)點(diǎn)的id是多少呢？

復(fù)制這個(gè)id，然后拷貝到剛才的控制臺(tái)后：

這里詢問，你的插槽是從哪里移動(dòng)過來的？

• all：代表全部，也就是三個(gè)節(jié)點(diǎn)各轉(zhuǎn)移一部分
• 具體的id：目標(biāo)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)擊done，這樣插槽轉(zhuǎn)移就準(zhǔn)備好了：

確認(rèn)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(dá)成。

4.故障轉(zhuǎn)移

集群初識(shí)狀態(tài)是這樣的：

其中7001、7002、7003都是master，我們計(jì)劃讓7002宕機(jī)。

4.1.自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移

當(dāng)集群中有一個(gè)master宕機(jī)會(huì)發(fā)生什么呢？

直接停止一個(gè)redis實(shí)例，例如7002：

redis-cli -p 7002 shutdown

1）首先是該實(shí)例與其它實(shí)例失去連接

2）然后是疑似宕機(jī)：

3）最后是確定下線，自動(dòng)提升一個(gè)slave為新的master：

4）當(dāng)7002再次啟動(dòng)，就會(huì)變?yōu)橐粋€(gè)slave節(jié)點(diǎn)了：

4.2.手動(dòng)故障轉(zhuǎn)移

利用cluster failover命令可以手動(dòng)讓集群中的某個(gè)master宕機(jī)，切換到執(zhí)行cluster failover命令的這個(gè)slave節(jié)點(diǎn)，實(shí)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?。耗J(rèn)的流程，如圖1~6歩
• force：省略了對(duì)offset的一致性校驗(yàn)
• 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(gè)slave節(jié)點(diǎn)執(zhí)行手動(dòng)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(gè)節(jié)點(diǎn)

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(shí)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(qǐng)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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