单节点Redis部署的问题 :
- 可能会造成数据丢失的风险
- 并发能力的问题 , 单节点Redis并发能力虽然不错 , 但是也无法满足618这样的高并发场景
- 故障恢复问题 , 如果redis宕机 , 则服务不可用 , 需要一种自动的故障修复手段
- 存储能力问题 : Redis基于内存 , 单节点能存储的数据量难以满足海量数据的需求
Redis集群
本章是基于CentOS7下的Redis集群教程，包括：
- 单机安装Redis
- Redis主从
- Redis分片集群
1.linux安装Redis
首先需要安装Redis所需要的依赖：
yum install -y gcc tcl然后将课前资料提供的Redis安装包上传到虚拟机的任意目录：
例如，我放到了/tmp目录：
解压缩：
tar -xzf redis-6.2.4.tar.gz解压后：
进入redis目录：
cd redis-6.2.4运行编译命令：
make && make install如果没有出错，应该就安装成功了。
然后修改redis.conf文件中的一些配置：
# 绑定地址，默认是127.0.0.1，会导致只能在本地访问。修改为0.0.0.0则可以在任意IP访问
bind 0.0.0.0
# 保护模式，关闭保护模式
protected-mode no
# 数据库数量，设置为1
databases 1启动Redis：
redis-server redis.conf停止redis服务：
redis-cli shutdown2.Redis主从集群
2.1.集群结构
我们搭建的主从集群结构如图：
共包含三个节点，一个主节点，两个从节点。
这里我们会在同一台虚拟机中开启3个redis实例，模拟主从集群，信息如下：
IP | PORT | 角色 |
192.168.150.101 | 7001 | master |
192.168.150.101 | 7002 | slave |
192.168.150.101 | 7003 | slave |
2.2.准备实例和配置
要在同一台虚拟机开启3个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。
1）创建目录
我们创建三个文件夹，名字分别叫7001、7002、7003：
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003如图：
2）恢复原始配置
修改redis-6.2.4/redis.conf文件，将其中的持久化模式改为默认的RDB模式，AOF保持关闭状态。
# 开启RDB
# save ""
save 3600 1
save 300 100
save 60 10000
# 关闭AOF
appendonly no3）拷贝配置文件到每个实例目录
然后将redis-6.2.4/redis.conf文件拷贝到三个目录中（在/tmp目录执行下列命令）：
# 方式一：逐个拷贝
cp redis-6.2.4/redis.conf 7001
cp redis-6.2.4/redis.conf 7002
cp redis-6.2.4/redis.conf 7003
# 方式二：管道组合命令，一键拷贝
echo 7001 7002 7003 | xargs -t -n 1 cp redis-6.2.4/redis.conf4）修改每个实例的端口、工作目录
修改每个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为7001、7002、7003，将rdb文件保存位置都修改为自己所在目录（在/tmp目录执行下列命令）：
sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7001\//g' 7001/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7002\//g' 7002/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7003\//g' 7003/redis.conf5）修改每个实例的声明IP
虚拟机本身有多个IP，为了避免将来混乱，我们需要在redis.conf文件中指定每一个实例的绑定ip信息，格式如下：
# redis实例的声明 IP
replica-announce-ip 192.168.150.101每个目录都要改，我们一键完成修改（在/tmp目录执行下列命令）：
# 逐一执行
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7001/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7002/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7003/redis.conf
# 或者一键修改
printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' {}/redis.conf2.3.启动
为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令：
# 第1个
redis-server 7001/redis.conf
# 第2个
redis-server 7002/redis.conf
# 第3个
redis-server 7003/redis.conf启动后：
如果要一键停止，可以运行下面命令：
printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown2.4.开启主从关系
现在三个实例还没有任何关系，要配置主从可以使用replicaof 或者slaveof（5.0以前）命令。
有临时和永久两种模式：
- 修改配置文件（永久生效）
- 在redis.conf中添加一行配置：
slaveof <masterip> <masterport>
- 使用redis-cli客户端连接到redis服务，执行slaveof命令（重启后失效）：
slaveof <masterip> <masterport>注意：在5.0以后新增命令replicaof，与salveof效果一致。
这里我们为了演示方便，使用方式二。
通过redis-cli命令连接7002，执行下面命令：
# 连接 7002
redis-cli -p 7002
# 执行slaveof
slaveof 192.168.150.101 7001通过redis-cli命令连接7003，执行下面命令：
# 连接 7003
redis-cli -p 7003
# 执行slaveof
slaveof 192.168.150.101 7001然后连接 7001节点，查看集群状态：
# 连接 7001
redis-cli -p 7001
# 查看状态
info replication结果：
2.5.测试
执行下列操作以测试：
- 利用redis-cli连接7001，执行
set num 123 - 利用redis-cli连接7002，执行
get num，再执行set num 666 - 利用redis-cli连接7003，执行
get num，再执行set num 888
可以发现，只有在7001这个master节点上可以执行写操作，7002和7003这两个slave节点只能执行读操作。
主从集群的数据同步 :
全量同步 :
master如何判断slave是不是第一次来同步数据 ? 这里会用到两个很重要的概念 :
- Replication Id : 简称 replid , 是数据集的标记 , Id一致则说明是同一数据集 , 每一个master都有唯一的replid , slave则会继承master节点的replid
- offset : 偏移量 : 随着记录在rep_baklog 中的数据增多而逐渐增大 , slave完成同步是也会记录当前同步的offset , 如果slave的offset小于master的offset , 说明slave数据落后于master , 需要更新
因此 , slave做数据同步 , 必须向master声明自己的replication id 和offset , master才可以判断到底需要同步那些数据
增量同步 :
repl_baklog 缓冲区 , 是一个数组 , 像是一个环一样去存储数据 , 当一圈存储完之后 , 就会继续存储 , 将上一环的数据覆盖 , 当覆盖的数据超过 slave的offset的标记后 , slave就只能进行全量同步了
主从数据同步的优化 :
可以从下边几个方面来优化Redis的主从集群
- 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
- 在磁盘写入比较慢 , 但是网络带宽高的情况下 , 可以使用这个功能 ,减少磁盘IO的使用
- 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
3.搭建哨兵集群
Redis提供了哨兵(Sentinel) 机制来实现主从集群的自动故障恢复 , 哨兵的结构和作用如下 :
- 监控 : Sentinel 会不断检查您的master和 slave是否按照预期工作
- 自动故障恢复 : 如果master故障 , Sentinel会将一个slave提升为master , 当故障恢复后 , 也以新的master为主
- 通知 : Sentinel充当Redis客户端的服务发现来源 , 当集群发生故障转移的时候 , 会将最新的信息推送给Redis的客户端
服务状态监控 :
Sentinel基于心跳机制检测服务状态 , 每隔1秒向集群的每个实例发送ping,命令 :
- 主观下线 : 某个Sentinel节点发现某实例未在规定时间响应 , 则认为该实例主观下线
- 客观下线 : 若超过指定数量(quorum)的Sentinel都认为该实例主观下线 , 则该实例客观下线 , quorum的值最好超过Sentinel实例数量的一半
选举新的master:
一旦发现master故障 , sentinel需要在slave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节点断开时间的长短 , 如果超过指定值 , (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 , 但是如果是0 , 则永不参与选举
- 如果 slave - priority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节点的运行id大小 , 越小优先级越高
如何实现故障转移 :
当选了其中一个slave为新的master后 , 故障转移的步骤是 ,
- sentinel会给备选的slave节点发送 slaveof no one 命令 , 让给节点称为master
- sentinel会给其他的所有slave发送 slaveof ip port 命令 , 让这些slave称为新master节点的从节点 , 开始从新的master上同步数据
- 最后 , sentinel 会将故障节点标记为slave , 当故障节点恢复之后 , 会自动成为新的master的slave节点 (sentinel会直接修改故障节点的配置文件 , )
3.1.集群结构
这里我们搭建一个三节点形成的Sentinel集群，来监管之前的Redis主从集群。如图：
三个sentinel实例信息如下：
节点 | IP | PORT |
s1 | 192.168.150.101 | 27001 |
s2 | 192.168.150.101 | 27002 |
s3 | 192.168.150.101 | 27003 |
3.2.准备实例和配置
要在同一台虚拟机开启3个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。
我们创建三个文件夹，名字分别叫s1、s2、s3：
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir s1 s2 s3如图：
然后我们在s1目录创建一个sentinel.conf文件，添加下面的内容：
port 27001
# 指定sentinel的端口号
sentinel announce-ip 192.168.137.129
# 指定sentinel实例的ip地址 , 避免多个实例之间ip冲突
sentinel monitor mymaster 192.168.137.129 7001 2
# 指定sentinel监控的主节点 , 并起一个名字 ip 和 端口号 , 后边的2就是 , 主观下线和客观下线的quorum
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
# sentinel与主节点断开的超时时间
sentinel failover-timeout mymaster 60000
# 故障恢复的超时时间
dir "/tmp/s1"
# 指定工作目录解读：
-
port 27001：是当前sentinel实例的端口 sentinel monitor mymaster 192.168.150.101 7001 2：指定主节点信息
-
mymaster：主节点名称，自定义，任意写 -
192.168.150.101 7001：主节点的ip和端口 -
2：选举master时的quorum值
然后将s1/sentinel.conf文件拷贝到s2、s3两个目录中（在/tmp目录执行下列命令）：
# 方式一：逐个拷贝
cp s1/sentinel.conf s2
cp s1/sentinel.conf s3
# 方式二：管道组合命令，一键拷贝
echo s2 s3 | xargs -t -n 1 cp s1/sentinel.conf修改s2、s3两个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为27002、27003：
sed -i -e 's/27001/27002/g' -e 's/s1/s2/g' s2/sentinel.conf
sed -i -e 's/27001/27003/g' -e 's/s1/s3/g' s3/sentinel.conf3.3.启动
为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令：
# 第1个
redis-sentinel s1/sentinel.conf
# 第2个
redis-sentinel s2/sentinel.conf
# 第3个
redis-sentinel s3/sentinel.conf启动后：
3.4.测试
尝试让master节点7001宕机，查看sentinel日志：
查看7003的日志：
查看7002的日志：
RedisTemplate的哨兵机制 :
在配置文件中进行配置 :
spring:
redis:
sentinel:
master: mymaster #指定master名称
nodes: #指定redis-sentinel集群信息
- 192.168.137.129 27001
- 192.168.137.129 27002
- 192.168.137.129 27003在任意配置类中配置 : 配置主从分离
@Bean
public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer clientConfigurationBuilderCustomizer(){
return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED);
}- MASTER : 从主节点读取
- MASTER_PREFERRED : 优先从master节点读取 , master不可用才读取replica
- REPLICA : 从slave (replica)节点读取
- REPLICA_PREFERRED : 优先从slave(replica)节点读取 , 所有slave节点都不可用才读取master
读操作:
- 运行时 : redis会尝试获取sentinel连接
- 从所有的sentinel中选举一个哨兵 , 获取连接
- 然后 , 会采用一种类似于订阅的机制 ,订阅整个集群的状态 , SubscriptionCommand , 获取master的信息 , 获取所有slave的信息
- 对集群中的所有节点都建立连接 , 从中获取一个节点进行读操作
写操作:
- 直接将写操作交给主节点进行操作 ,
4.搭建分片集群
主从和哨兵可以解决高可用 , 高并发读的问题 , 但是依然有两个问题没有解决
- 海量数据存储问题
- 高并发写的问题
使用分片集群可以解决上述问题 , 分片集群特征 :
- 集群中有多个master , 每个master保存不同的数据
- 每个master都可以有多个slave节点
- master之间通过ping检测彼此健康状态
- 客户端请求可以访问集群任意节点 , 最终都会被转发到正确节点
4.1.集群结构
分片集群需要的节点数量较多，这里我们搭建一个最小的分片集群，包含3个master节点，每个master包含一个slave节点，结构如下：
这里我们会在同一台虚拟机中开启6个redis实例，模拟分片集群，信息如下：
IP | PORT | 角色 |
192.168.150.101 | 7001 | master |
192.168.150.101 | 7002 | master |
192.168.150.101 | 7003 | master |
192.168.150.101 | 8001 | slave |
192.168.150.101 | 8002 | slave |
192.168.150.101 | 8003 | slave |
4.2.准备实例和配置
删除之前的7001、7002、7003这几个目录，重新创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录：
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 删除旧的，避免配置干扰
rm -rf 7001 7002 7003
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003在/tmp下准备一个新的redis.conf文件，内容如下：
port 6379
# 开启集群功能
cluster-enabled yes
# 集群的配置文件名称，不需要我们创建，由redis自己维护
cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf
# 节点心跳失败的超时时间
cluster-node-timeout 5000
# 持久化文件存放目录
dir /tmp/6379
# 绑定地址
bind 0.0.0.0
# 让redis后台运行
daemonize yes
# 注册的实例ip
replica-announce-ip 192.168.137.129
# 保护模式
protected-mode no
# 数据库数量
databases 1
# 日志
logfile /tmp/6379/run.log将这个文件拷贝到每个目录下：
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 执行拷贝
echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf修改每个目录下的redis.conf，将其中的6379修改为与所在目录一致：
# 进入/tmp目录
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.conf4.3.启动
因为已经配置了后台启动模式，所以可以直接启动服务：
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 一键启动所有服务
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf通过ps查看状态：
ps -ef | grep redis发现服务都已经正常启动：
如果要关闭所有进程，可以执行命令：
ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill或者（推荐这种方式）：
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown4.4.创建集群
虽然服务启动了，但是目前每个服务之间都是独立的，没有任何关联。
我们需要执行命令来创建集群，在Redis5.0之前创建集群比较麻烦，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安装包下的src/redis-trib.rb来实现的。因为redis-trib.rb是有ruby语言编写的所以需要安装ruby环境。
# 安装依赖
yum -y install zlib ruby rubygems
gem install redis然后通过命令来管理集群：
# 进入redis的src目录
cd /tmp/redis-6.2.4/src
# 创建集群
./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 192.168.150.101:80032）Redis5.0以后
我们使用的是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 1 192.168.137.129:9001 192.168.137.129:9002 192.168.137.129:9003 192.168.137.129:8001 192.168.137.129:8002 192.168.137.129:8003命令说明：
-
redis-cli --cluster或者./redis-trib.rb：代表集群操作命令 -
create：代表是创建集群 -
--replicas 1或者--cluster-replicas 1：指定集群中每个master的副本个数为1，此时节点总数 ÷ (replicas + 1)得到的就是master的数量。因此节点列表中的前n个就是master，其它节点都是slave节点，随机分配到不同master
运行后的样子：
这里输入yes，则集群开始创建：
通过命令可以查看集群状态：
redis-cli -p 7001 cluster nodes
4.5.测试
尝试连接7001节点，存储一个数据：
# 连接
redis-cli -p 7001
# 存储数据
set num 123
# 读取数据
get num
# 再次存储
set a 1结果悲剧了：
集群操作时，需要给redis-cli加上-c参数才可以：
redis-cli -c -p 7001这次可以了：
散列插槽 :
Redis会把每一个master节点映射到 0 ~ 16383共 16384 个插槽 (hash slot)上 , 查看集群信息是就能看到
数据key不是与节点绑定 , 而是与插槽绑定 , redis会根据key的有效部分计算插槽值 , 分两种情况
- key中包含"{}" ,且 "{}"中至少包含1个字符 , "{}"中的部分是有效部分
- key中不包含"{}" , 整个key都是有效部分
例如 : key是num , 那么就根据num计算 , 如果是 {itcast}num , 则根据itcast计算 , 计算方式是利用 CRC16算法得到一个hash值 , 然后对 16384取余 , 得到的结果就是 slot 值
这样无论是master出现宕机 , 还是进行扩容 , 都可以将插槽进行转移 , 这样就不会造成数据的丢失
实现的流程:
- 将16384个插槽分配到不同的实例
- 根据key的有效部分计算哈希值 , 对16384取余
- 余数作为插槽 , 寻找插槽所在的实例即可
将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例 :
- 在设置key的时候 , 将key的有效部分设置为相同的即可
集群伸缩:
redis-cli --cluster 提供了很多操作集群的命令
添加节点的命令:
# 命令
add-node : new_host:new_port existing_host:exist_port
# 添加一个节点 , 需要告诉指定新节点的ip和端口 , 并且需要告诉要添加节点的集群 , 所以需要集群中的任意一个节点
#属性
--cluster-slave : # 新创建的节点默认是一个主节点 , 如果加这个属性 , 就会变成一个从节点
--cluster-master-id : #指定这个从节点的主节点是谁将指定的插槽 , 移动到指定的master上 ,
redis-cli --cluster reshard host:port
#使用 reshard 属性 , 指定 要移动的插槽 所在的 ip和端口- 指定要移动的插槽的位置 ,
- 指定要接收插槽的master的ID
- 指定数据来源于那个master 的ID
- 可以指定多个 , 使用all , 单个就是done
删除集群中的节点 :
监控集群中的状态 :
进入节点中的任意一个节点即可 , 监控整个集群
watch redis-cli -p 9001 cluster nodes故障转移 :
当集群中有一个master宕机 ,
自动故障转移 :
避免因为故障导致的数据损失
- 首先是该实例与其他实例失去连接
- 然后是疑似宕机
- 最后是确定下线 , 自动提升一个slave为新的master
手动故障转移 :
有目的的进行主从替换
- 利用cluster failover 命令可以手动让集群中的某个master宕机 , 切换到执行cluster failover命令的这个slave节点 , 实现无感知的数据迁移 , 其流程如下
RedisTemplate访问分片集群 :
RedisTemplate底层同样基于lettuce实现了分片集群的支持 , 而使用的步骤与哨兵模式基本一致 ,
- 引入redis的starter依赖
- 配置分片集群的地址
- 配置读写分离
- 与哨兵模式相比 , 只有分片集群的配置方式略有差异 :
- 需要指定分片集群的每一个节点信息
测试 :
- get {a}num , {a}num是存储在9003这个主节点上的 , 9003的子节点是8001 , 由下图可知 , 分片集群也是读写分离的 ,
