Redis集群的两种方式

news2024/9/28 15:27:09

1.Redis集群

1.1 搭建主从集群

单节点Redis的并发能力是有上限的，要进一步提高Redis的并发能力，就需要搭建主从集群，实现读写的分离。一般情况下，主节点负责写操作，从节点负责读操作。而从节点如何得知数据呢？就需要做一个数据的同步。

这里我采用docker的多服务部署docker-compose.yaml，网络采用host模式，直接成为主机的进程，而非docker内部的容器。

version: "3.2"

services:
  r1:
    image: redis
    container_name: r1
    network_mode: "host"
    entrypoint: ["redis-server", "--port", "7001"]
  r2:
    image: redis
    container_name: r2
    network_mode: "host"
    entrypoint: ["redis-server", "--port", "7002"]
  r3:
    image: redis
    container_name: r3
    network_mode: "host"
    entrypoint: ["redis-server", "--port", "7003"]

运行集群

docker compose up -d

虽然我们启动了3个Redis实例，但是它们并没有形成主从关系。我们需要通过命令来配置主从关系：

在建立之前，首先得进入redis内部

# 连接r2
docker exec -it r2 redis-cli -p 7002
# 认r1主，也就是7001
slaveof 192.168.150.101 7001

# 连接r3
docker exec -it r3 redis-cli -p 7003
# 认r1主，也就是7001
slaveof 192.168.150.101 7001

然后连接r1，查看集群状态：

# 连接r1
docker exec -it r1 redis-cli -p 7001
# 查看集群状态
info replication

这样后，从节点就只能读了，不能写。

1.2 主从同步原理

当主从第一次同步连接或者断开重连时，从节点都会发送psync请求，尝试数据同步：

问题一：master如何知道这个从节点是否是第一次来连接或者是断开重连的

要搞明白这个问题，首先我们得知道每一个master节点刚开始创建的时候有一个replicationID（简称replid），且每一个节点刚开始创建的时候，都认为自己是master。而建立主从关系后，他们的replid都会发生变化，且都会变成一样的。所以重连的时候，master就会判断这个replid是否和自己一样，如果一样，代表这个节点是断开重连的，如果不一样，就代表这个节点是第一次连接自己，作为自己的从节点。

问题二：master如何与从节点做数据同步？

master会通过bgsave的命令，生成RGB文件，这个文件是之前保存在磁盘中的，包含了master的所有数据。然后把这个RGB文件发送给从节点。从节点就根据这个RGB文件做数据同步，所以从节点连接主节点的时候，不仅会发psync，还会携带自己的replid。

问题三：主节点如何得知从节点缺失了哪些数据来做增量同步呢？

每个节点都有一个内存缓冲区repl_backlog，这个缓冲区的衡量值是offset，也就是衡量这个缓冲区数据的多少。这个缓冲区是在主从关系建立后双方产生的，来记录自己执行过的命令。假如从节点重连了，那么从节点在和主节点重新建立连接的时候，不仅会发psync，replid，还要发送自己的offset，然后主节点拿到从节点的offset，就和自己的offset做比较，看看缺失了哪些offset，然后把缺失的这些命令发给从节点。实现增量同步。

主从集群优化方案：

可以从以下几个方面来优化Redis主从就集群：

在master中配置repl-diskless-sync yes启用无磁盘复制，避免全量同步时的磁盘IO。

Redis单节点上的内存占用不要太大，减少RDB导致的过多磁盘IO

适当提高repl_baklog的大小，发现slave宕机时尽快实现故障恢复，尽可能避免全量同步

限制一个master上的slave节点数量，如果实在是太多slave，则可以采用主-从-从链式结构，减少master压力

主从从架构图：

1.3 哨兵工作原理：

哨兵的作用如下：

状态监控：Sentinel 会不断检查你的master和slave是否按预期工作

故障恢复（failover）：如果master故障，Sentinel会将一个slave提升为master。当故障实例恢复后会成为slave

状态通知：Sentinel充当Redis客户端的服务发现来源，当集群发生failover时，会将最新集群信息推送给Redis的客户端

那sentinel如何知道，是哪个redis挂了？

Sentinel基于心跳机制监测服务状态，每隔1秒向集群的每个节点发送ping命令，并通过实例的响应结果来做出判断：

主观下线（sdown）：如果某sentinel节点发现某Redis节点未在规定时间响应，则认为该节点主观下线。

客观下线(odown)：若超过指定数量（通过quorum设置）的sentinel都认为该节点主观下线，则该节点客观下线。quorum值最好超过Sentinel节点数量的一半，Sentinel节点数量至少3台。

一旦发现master故障，sentinel需要在salve中选择一个作为新的master，选择依据是这样的：

首先会判断slave节点与master节点断开时间长短，如果超过down-after-milliseconds * 10则会排除该slave节点
然后判断slave节点的slave-priority值，越小优先级越高，如果是0则永不参与选举（默认都是1）。
如果slave-prority一样，则判断slave节点的offset值，越大说明数据越新，优先级越高
最后是判断slave节点的run_id大小，越小优先级越高（通过info server可以查看run_id）。

此外，还有redis分片集群

分片集群就是多个主从集群，各自处理不同的数据。

分片集群特征：

集群中有多个master，每个master保存不同分片数据，解决海量数据存储问题

每个master都可以有多个slave节点，确保高可用

master之间通过ping监测彼此健康状态，类似哨兵作用

客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会被转发到数据所在节点

在分片集群中，我们如何去存数据呢，我们怎么知道这个数据应该存在哪一个节点呢？那么在这里就涉及到一个概念，叫散列插槽：

在Redis集群中，共有16384个hash slots，集群中的每一个master节点都会分配一定数量的hash slots。具体的分配在集群创建时就已经指定了。

当我们读写数据时，Redis基于CRC16 算法对key做hash运算，得到的结果与16384取余，就计算出了这个key的slot值。然后到slot所在的Redis节点执行读写操作。

不过hash slot的计算也分两种情况：

当key中包含{}时，根据{}之间的字符串计算hash slot

当key中不包含{}时，则根据整个key字符串计算hash slot