Redis高可用-主從復(fù)制、哨兵模式與集群模式

概要

Redis作為一款內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，憑借其極高的性能和豐富的功能，已經(jīng)成為了很多互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的核心組件。然而，單機(jī)Redis雖然性能卓越，但存在著單點故障、擴(kuò)展性差等問題，限制了它在高可用性和高擴(kuò)展性方面的應(yīng)用。

為了提升Redis的可用性和擴(kuò)展性，Redis提供了多種架構(gòu)模式：主從復(fù)制、哨兵模式和集群模式。每種模式都在不同的場景中發(fā)揮著重要作用。

一、主從復(fù)制（Master-Slave Replication）

1、概述

Redis的主從復(fù)制（Master-Slave Replication）是最基礎(chǔ)的高可用架構(gòu)之一。

在這種架構(gòu)中，Redis部署了一個主節(jié)點和多個從節(jié)點。

主節(jié)點負(fù)責(zé)處理所有的寫操作（如SET、DEL等），而從節(jié)點則通過同步主節(jié)點的數(shù)據(jù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和提供讀操作服務(wù)。

2、工作原理

• 主節(jié)點（Master）是數(shù)據(jù)的來源節(jié)點，所有寫操作都首先執(zhí)行在主節(jié)點上。
• 從節(jié)點（Slave）通過復(fù)制主節(jié)點的數(shù)據(jù)來保證數(shù)據(jù)一致性。從節(jié)點定期從主節(jié)點獲取數(shù)據(jù)的快照（RDB）或增量數(shù)據(jù)（AOF）進(jìn)行同步。
• 同步方式 從節(jié)點與主節(jié)點之間的同步分為全量同步和增量同步。在第一次連接時，執(zhí)行全量同步，將主節(jié)點的數(shù)據(jù)完整復(fù)制到從節(jié)點；后續(xù)的增量同步則只同步主節(jié)點上的變更數(shù)據(jù)。

3、優(yōu)缺點

優(yōu)點：

• 讀寫分離：主從復(fù)制可以將讀請求分配到從節(jié)點，從而減輕主節(jié)點的壓力，提高系統(tǒng)的并發(fā)能力。
• 數(shù)據(jù)冗余：從節(jié)點提供了數(shù)據(jù)的備份，增強(qiáng)了系統(tǒng)的容錯性。

缺點：

• 單點故障：主節(jié)點故障后，系統(tǒng)會面臨數(shù)據(jù)不可用的情況。雖然從節(jié)點可以恢復(fù)數(shù)據(jù)，但需要手動將從節(jié)點提升為主節(jié)點。
• 同步延遲：主從同步可能存在延遲，尤其是在寫操作頻繁時，從節(jié)點的數(shù)據(jù)同步可能會滯后，導(dǎo)致讀請求不一致。

4、適用場景

主從復(fù)制適用于讀操作遠(yuǎn)大于寫操作的場景，比如緩存系統(tǒng)、日志系統(tǒng)等。

在這些場景下，可以將從節(jié)點作為讀副本，減少主節(jié)點的壓力，提高讀取性能。

5、配置步驟

5.1 配置主節(jié)點

在Redis中，主節(jié)點默認(rèn)配置就可以作為主節(jié)點工作，因此啟動主節(jié)點非常簡單。

# 啟動主節(jié)點
redis-server /etc/redis/redis.conf

5.2 配置從節(jié)點

從節(jié)點的配置稍微復(fù)雜一些，主要是需要告訴Redis自己是一個從節(jié)點，并指定要復(fù)制的主節(jié)點信息。

在從節(jié)點的redis.conf配置文件中添加以下內(nèi)容：

# 配置從節(jié)點，指定主節(jié)點
slaveof 192.168.1.1 6379

這里的192.168.1.1是主節(jié)點的IP地址，6379是主節(jié)點的端口。通過這行配置，從節(jié)點會自動與主節(jié)點建立連接，開始同步數(shù)據(jù)。

配置好從節(jié)點后，啟動從節(jié)點：

# 啟動從節(jié)點
redis-server /etc/redis/redis.conf

5.3 驗證主從復(fù)制

在主節(jié)點上執(zhí)行INFO replication命令查看復(fù)制狀態(tài)：

127.0.0.1:6379> INFO replication
# 輸出：
# role:master
# connected_slaves:1
# slave0:ip=192.168.1.2,port=6379,state=online,offset=12345,lag=0

在從節(jié)點上執(zhí)行相同的命令，查看從節(jié)點的狀態(tài)：

127.0.0.1:6380> INFO replication
# 輸出：
# role:slave
# master_host:192.168.1.1
# master_port:6379
# master_link_status:up

二、哨兵模式（Sentinel）

1、概述

為了彌補(bǔ)主從復(fù)制的單點故障問題，Redis引入了哨兵模式。Redis哨兵是一個高可用解決方案，通過自動故障轉(zhuǎn)移和主從監(jiān)控來保證Redis集群的高可用性。

在哨兵模式下，除了主節(jié)點和從節(jié)點外，還需要部署多個哨兵節(jié)點（Sentinel）。哨兵節(jié)點的主要職責(zé)包括：

• 監(jiān)控主節(jié)點和從節(jié)點的健康狀態(tài)。
• 當(dāng)主節(jié)點宕機(jī)時，自動進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移，將某個從節(jié)點提升為主節(jié)點。
• 在故障恢復(fù)后，更新主從關(guān)系，重新配置從節(jié)點。
• 提供服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能，客戶端可以通過哨兵獲取到當(dāng)前的主節(jié)點信息。

2、工作原理

• 監(jiān)控：哨兵節(jié)點周期性地向主節(jié)點和從節(jié)點發(fā)送PING請求，監(jiān)測節(jié)點的健康狀態(tài)。
• 故障轉(zhuǎn)移：當(dāng)多個哨兵節(jié)點確認(rèn)主節(jié)點不可用時，哨兵將自動選舉一個從節(jié)點并將其提升為新的主節(jié)點。之后，新的主節(jié)點會開始接收寫操作，其他從節(jié)點會開始同步新的主節(jié)點數(shù)據(jù)。
• 配置更新：哨兵節(jié)點會向所有從節(jié)點廣播新的主節(jié)點信息，從節(jié)點會自動向新的主節(jié)點同步數(shù)據(jù)。

3、優(yōu)缺點

優(yōu)點：

• 自動故障轉(zhuǎn)移：當(dāng)主節(jié)點發(fā)生故障時，哨兵會自動檢測并將一個從節(jié)點提升為主節(jié)點，無需人工干預(yù)，保證了系統(tǒng)的高可用性。
• 高可用性：多個哨兵節(jié)點提供了高可靠性，避免了單個哨兵故障導(dǎo)致的影響。
• 服務(wù)發(fā)現(xiàn)：哨兵能夠動態(tài)地向客戶端提供當(dāng)前的主節(jié)點信息，確?？蛻舳丝偸窃L問到最新的主節(jié)點。

缺點：

• 復(fù)雜性高：哨兵模式相比單純的主從復(fù)制更加復(fù)雜，配置和運維難度較大。
• 故障恢復(fù)時間較長：雖然哨兵能夠自動故障轉(zhuǎn)移，但在發(fā)生故障時，故障轉(zhuǎn)移的過程仍然會有一定的延遲，導(dǎo)致短時間內(nèi)系統(tǒng)不可用。

4、適用場景

哨兵模式適用于對高可用性有較高要求的場景，比如實時業(yè)務(wù)系統(tǒng)、在線服務(wù)等。

它能保證Redis集群在主節(jié)點故障時依然能夠提供穩(wěn)定的服務(wù)。

5、配置步驟

5.1 配置哨兵文件

哨兵的配置通常在sentinel.conf文件中進(jìn)行。在文件中需要指定要監(jiān)控的主節(jié)點，設(shè)置監(jiān)控參數(shù)等。

以下是一個簡單的sentinel.conf配置文件示例：

# sentinel.conf
port 26379
sentinel monitor mymaster 192.168.1.1 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
sentinel parallel-syncs mymaster 1

• sentinel monitor mymaster <master_ip> <master_port> ：監(jiān)控名為mymaster的主節(jié)點，IP為192.168.1.1，端口為6379，需要至少2個哨兵確認(rèn)主節(jié)點故障。
• sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000：主節(jié)點在5000毫秒內(nèi)未響應(yīng)時判定為故障。
• sentinel failover-timeout mymaster 60000：故障轉(zhuǎn)移的超時時間為60秒。

啟動哨兵

啟動哨兵時，執(zhí)行以下命令：

redis-sentinel /etc/redis/sentinel.conf

5.2 驗證哨兵模式

可以通過以下命令查看哨兵的狀態(tài)：

127.0.0.1:26379> INFO sentinel
# 輸出：
# sentinel_masters
# name=mymaster
# ip=192.168.1.1
# port=6379
# quorum=2
# status=ok

三、集群模式（Cluster）

1、概述

對于需要大規(guī)模分布式部署和水平擴(kuò)展的應(yīng)用，Redis提供了集群模式（Redis Cluster）。與主從復(fù)制和哨兵模式不同，Redis集群采用了分片的方式將數(shù)據(jù)分布到多個節(jié)點上，從而支持更高的數(shù)據(jù)存儲能力和更強(qiáng)的擴(kuò)展性。

Redis集群中，數(shù)據(jù)會按照**哈希槽（hash slots）**的方式進(jìn)行分配。Redis集群總共有16384個哈希槽，集群中的每個節(jié)點負(fù)責(zé)一部分哈希槽。數(shù)據(jù)的分配和管理是自動完成的，客戶端可以直接連接到集群中的任何節(jié)點，集群會根據(jù)請求的數(shù)據(jù)哈希值將請求路由到正確的節(jié)點。

2、工作原理

• 分片：Redis Cluster將所有的鍵值對按哈希算法分成16384個哈希槽，并將這些哈希槽分配到多個節(jié)點上。每個節(jié)點存儲一部分?jǐn)?shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)該哈希槽范圍內(nèi)的鍵。
• 數(shù)據(jù)復(fù)制：每個主節(jié)點都有一個或多個從節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，從節(jié)點可以在主節(jié)點故障時接管。
• 故障轉(zhuǎn)移：當(dāng)主節(jié)點故障時，集群會自動將該主節(jié)點的從節(jié)點提升為新的主節(jié)點，確保數(shù)據(jù)的可用性。

3、優(yōu)缺點

優(yōu)點：

• 高擴(kuò)展性：集群模式支持水平擴(kuò)展，可以根據(jù)需要動態(tài)增加或減少節(jié)點，輕松處理海量數(shù)據(jù)。
• 自動故障轉(zhuǎn)移：Redis集群提供了自動故障轉(zhuǎn)移機(jī)制，保證節(jié)點宕機(jī)時系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)。
• 分布式存儲：數(shù)據(jù)被分片存儲在不同的節(jié)點上，可以支持超大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲。

缺點：

• 復(fù)雜性高：與主從復(fù)制和哨兵模式相比，Redis集群的配置和運維復(fù)雜度更高，要求對分片、數(shù)據(jù)遷移、集群管理等有較深入的理解。
• 跨節(jié)點操作性能差：如果客戶端的操作涉及多個哈希槽，Redis集群需要跨節(jié)點進(jìn)行通信，性能會有所下降。

4、適用場景

集群模式適用于需要大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲和高并發(fā)的場景，如社交媒體、電子商務(wù)、廣告投放等場景。

對于需要支持?jǐn)?shù)十億鍵的數(shù)據(jù)存儲和快速讀寫操作，Redis集群是最合適的架構(gòu)模式。

5、配置步驟

5.1 配置集群節(jié)點

在集群模式下，每個Redis節(jié)點的配置文件中需要啟用集群相關(guān)的參數(shù)：

# redis.conf
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000

• cluster-enabled yes：啟用集群模式。
• cluster-config-file nodes.conf：指定集群配置文件，保存集群的節(jié)點信息。
• cluster-node-timeout 5000：設(shè)置節(jié)點超時時間。

5.2 啟動集群節(jié)點

啟動多個Redis實例，每個實例都要使用上述配置文件。假設(shè)我們有6個節(jié)點（3個主節(jié)點，3個從節(jié)點）：

# 啟動每個節(jié)點
redis-server /etc/redis/redis.conf

5.3 創(chuàng)建集群

使用redis-cli工具來創(chuàng)建集群，并為每個主節(jié)點分配從節(jié)點：

# 創(chuàng)建集群
redis-cli --cluster create <node1>:6379 <node2>:6379 <node3>:6379 <node4>:6379 <node5>:6379 <node6>:6379 --cluster-replicas 1

這條命令會創(chuàng)建一個包含3個主節(jié)點和3個從節(jié)點的集群。

5.4 驗證集群狀態(tài)

通過以下命令來驗證集群狀態(tài)：

redis-cli -c -h <node_ip> -p 6379 cluster info

總結(jié)

在Redis的高可用架構(gòu)中，主從復(fù)制、哨兵模式和集群模式各自有不同的適用場景和優(yōu)勢。選擇合適的架構(gòu)模式，需要根據(jù)業(yè)務(wù)的需求、系統(tǒng)規(guī)模、數(shù)據(jù)量和故障恢復(fù)時間的要求來決定。

• 主從復(fù)制 適用于讀操作較多，寫操作較少的場景，能夠有效實現(xiàn)讀寫分離，提高系統(tǒng)性能。
• 哨兵模式 通過自動故障轉(zhuǎn)移和監(jiān)控，保障了Redis系統(tǒng)的高可用性，適用于高可用性要求較高的業(yè)務(wù)場景。
• 集群模式 提供了水平擴(kuò)展的能力，適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲和高并發(fā)請求的場景。

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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