redis系列之——高可用（主从、哨兵、集群）

所谓的高可用，也叫HA（High Availability），是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计减少系统不能提供服务的时间。

如果在实际生产中，如果redis只部署一个节点，当机器故障时，整改服务都不能提供服务了。这就是我们常说的单点故障。

如果redis部署了多台，当一台或几台故障时，整个系统依然可以对外提供服务，这样就提高了服务的可用性。

今天我们就聊聊redis高可用的三种模式：主从模式，哨兵模式，集群模式。

一、主从模式

一般，系统的高可用都是通过部署多台机器实现的。redis为了避免单点故障，也需要部署多台机器。

因为部署了多台机器，所以就会涉及到不同机器的的数据同步问题。

为此，redis提供了Redis提供了复制(replication)功能，当一台redis数据库中的数据发生了变化，这个变化会被自动的同步到其他的redis机器上去。

redis多机器部署时，这些机器节点会被分成两类，一类是主节点（master节点），一类是从节点（slave节点）。一般主节点可以进行读、写操作，而从节点只能进行读操作。同时由于主节点可以写，数据会发生变化，当主节点的数据发生变化时，会将变化的数据同步给从节点，这样从节点的数据就可以和主节点的数据保持一致了。一个主节点可以有多个从节点，但是一个从节点会只会有一个主节点，也就是所谓的一主多从结构。

系统运行时，如果master挂掉了，可以在一个从库（如slave1）上手动执行命令slaveof no one，将slave1变成新的master；在slave2和slave3上分别执行slaveof 192.168.1.11 6379 将这两个机器的主节点指向的这个新的master；同时，挂掉的原master启动后作为新的slave也指向新的master上。

主从模式的优缺点

优点
支持主从复制，主机会自动将数据同步到从机，可以进行读写分离;
为了分载Master的读操作压力，Slave服务器可以为客户端提供只读操作的服务，写服务依然必须由Master来完成;
Slave同样可以接受其他Slaves的连接和同步请求，这样可以有效地分载Master的同步压力;
Master是以非阻塞的方式为Slaves提供服务。所以在Master-Slave同步期间，客户端仍然可以提交查询或修改请求;
Slave同样是以阻塞的方式完成数据同步。在同步期间，如果有客户端提交查询请求，Redis则返回同步之前的数据。
缺点
Redis不具备自动容错和恢复功能，主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败，需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复;
主机宕机，宕机前有部分数据未能及时同步到从机，切换IP后还会引入数据不一致的问题，降低了系统的可用性;
如果多个Slave断线了，需要重启的时候，尽量不要在同一时间段进行重启。因为只要Slave启动，就会发送sync请求和主机全量同步，当多个Slave重启的时候，可能会导致Master IO剧增从而宕机。
Redis较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂;

二 、哨兵模式

主从模式下，当主服务器宕机后，需要手动把一台从服务器切换为主服务器，这就需要人工干预，费事费力，还会造成一段时间内服务不可用。这种方式并不推荐，实际生产中，我们优先考虑哨兵模式。这种模式下，master宕机，哨兵会自动选举master并将其他的slave指向新的master。

在主从模式下，redis同时提供了哨兵命令redis-sentinel，哨兵是一个独立的进程，作为进程，它会独立运行。其原理是哨兵进程向所有的redis机器发送命令，等待Redis服务器响应，从而监控运行的多个Redis实例。

哨兵可以有多个，一般为了便于决策选举，使用奇数个哨兵。哨兵可以和redis机器部署在一起，也可以部署在其他的机器上。多个哨兵构成一个哨兵集群，哨兵直接也会相互通信，检查哨兵是否正常运行，同时发现master宕机哨兵之间会进行决策选举新的master

哨兵模式的作用:

通过发送命令，让Redis服务器返回监控其运行状态，包括主服务器和从服务器;
当哨兵监测到master宕机，会自动将slave切换到master，然后通过发布订阅模式通过其他的从服务器，修改配置文件，让它们切换主机;
然而一个哨兵进程对Redis服务器进行监控，也可能会出现问题，为此，我们可以使用多个哨兵进行监控。各个哨兵之间还会进行监控，这样就形成了多哨兵模式。
哨兵很像kafka集群中的zookeeper的功能。

哨兵模式的工作与主要功能

（1）集群监控：负责监控Redis master和slave进程是否正常工作

（2）消息通知：如果某个Redis实例有故障，那么哨兵负责发送消息作为报警通知给管理员

（3）故障转移：如果master node挂掉了，会自动转移到slave node上

（4）配置中心：如果故障转移发生了，通知client客户端新的master地址
主观下线(sdown)

当某个哨兵心跳检测master超时后,则认定其sdown

+sdown master mymaster 192.168.80.130 6379

客观下线(odown)

当认定sdown的哨兵数>=quorum时,则master下线事实最终成立,即odown

+odown master mymaster 192.168.80.130 6379 #quorum 2/2

选举哨兵leader

各哨兵协商,选举出一个leader,由其进行故障转移操作

+vote-for-leader 1dd7873228b4bf30c1668d55a28b3036072ee9de 1

故障转移

选择一个slave作为新的master, 并将其他节点设置为新master的slave (刚才已下线的老master的配置文件也会被设置slaveof…)

+switch-master mymaster 192.168.80.130 6379 192.168.80.138 6379

每个Sentinel（哨兵）进程以每秒钟一次的频率向整个集群中的Master主服务器，Slave从服务器以及其他Sentinel（哨兵）进程发送一个 PING 命令。
如果一个实例（instance）距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 选项所指定的值， 则这个实例会被 Sentinel（哨兵）进程标记为主观下线（SDOWN）
如果一个Master主服务器被标记为主观下线（SDOWN），则正在监视这个Master主服务器的所有 Sentinel（哨兵）进程要以每秒一次的频率确认Master主服务器的确进入了主观下线状态
当有足够数量的 Sentinel（哨兵）进程（大于等于配置文件指定的值）在指定的时间范围内确认Master主服务器进入了主观下线状态（SDOWN）， 则Master主服务器会被标记为客观下线（ODOWN）
在一般情况下， 每个 Sentinel（哨兵）进程会以每 10 秒一次的频率向集群中的所有Master主服务器、Slave从服务器发送 INFO 命令。
当Master主服务器被 Sentinel（哨兵）进程标记为客观下线（ODOWN）时，Sentinel（哨兵）进程向下线的 Master主服务器的所有 Slave从服务器发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次。
若没有足够数量的 Sentinel（哨兵）进程同意 Master主服务器下线， Master主服务器的客观下线状态就会被移除。若 Master主服务器重新向 Sentinel（哨兵）进程发送 PING 命令返回有效回复，Master主服务器的主观下线状态就会被移除。
假设master宕机，sentinel 1先检测到这个结果，系统并不会马上进行 failover(故障转移)选出新的master，仅仅是sentinel 1主观的认为master不可用，这个现象成为主观下线。当后面的哨兵也检测到主服务器不可用，并且数量达到一定值时，那么哨兵之间就会进行一次投票，投票的结果由sentinel 1发起，进行 failover 操作。切换成功后，就会通过发布订阅模式，让各个哨兵把自己监控的从服务器实现切换主机，这个过程称为客观下线。这样对于客户端而言，一切都是透明的。

哨兵模式的优缺点

优点
哨兵模式是基于主从模式的，所有主从的优点，哨兵模式都具有。
主从可以自动切换，系统更健壮，可用性更高。
缺点
具有主从模式的缺点，每台机器上的数据是一样的，内存的可用性较低。
Redis较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。