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Redis 分片集群

06 02月
作者:admin|分类:应用管理

1.Redis分片集群

1.1.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,如图:

分片集群特征:

  • 集群中有多个master,每个master保存不同数据。

  • 每个master都可以有多个slave节点。

  • master之间通过ping监测彼此健康状态。

  • 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。

具体搭建流程参考课前资料《Redis集群.md》:

1.2.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

1.3.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 192.168.150.101
# 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.conf

1.4.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 {} shutdown

1.5.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 192.168.150.101:8003

2)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 1 192.168.150.101:7001 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

1.6.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:

2.散列插槽

2.1.插槽原理

Redis会把每一个master节点映射到0~16383共16384个插槽(hash slot)上,查看集群信息时就能看到:

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。

如图,在7001这个节点执行set a 1时,对a做hash运算,对16384取余,得到的结果是15495,因此要存储到103节点。

到了7003后,执行get num时,对num做hash运算,对16384取余,得到的结果是2765,因此需要切换到7001节点

2.2.小结

Redis如何判断某个key应该在哪个实例?

  • 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,寻找插槽所在实例即可

如何将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例?

  • 这一类数据使用相同的有效部分,例如key都以{typeId}为前缀

3.集群伸缩

3.1.命令帮助

redis-cli --cluster提供了很多操作集群的命令,可以通过下面方式查看:

比如,添加节点的命令:

3.2.需求分析

需求:向集群中添加一个新的master节点,并向其中存储 num = 10

  • 启动一个新的redis实例,端口为7004
  • 添加7004到之前的集群,并作为一个master节点
  • 给7004节点分配插槽,使得num这个key可以存储到7004实例

这里需要两个新的功能:

  • 添加一个节点到集群中
  • 将部分插槽分配到新插槽

3.3.创建新的redis实例

创建一个文件夹:

mkdir 7004

拷贝配置文件:

cp redis.conf /7004

修改配置文件:

sed /s/6379/7004/g 7004/redis.conf

启动

redis-server 7004/redis.conf

3.4.添加新节点到redis

添加节点的语法如下:

执行命令:

redis-cli --cluster add-node  192.168.150.101:7004 192.168.150.101:7001

通过命令查看集群状态:

redis-cli -p 7001 cluster nodes

如图,7004加入了集群,并且默认是一个master节点:

但是,可以看到7004节点的插槽数量为0,因此没有任何数据可以存储到7004上

3.5.转移插槽

我们要将num存储到7004节点,因此需要先看看num的插槽是多少:

如上图所示,num的插槽为2765.

可以将0~3000的插槽从7001转移到7004,命令格式如下:

具体命令如下:

建立连接:

得到下面的反馈:

询问要移动多少个插槽,计划是3000个:

新的问题来了:

那个node来接收这些插槽??

显然是7004,那么7004节点的id是多少呢?

复制这个id,然后拷贝到刚才的控制台后:

这里询问,你的插槽是从哪里移动过来的?

  • all:代表全部,也就是三个节点各转移一部分
  • 具体的id:目标节点的id
  • done:没有了

这里我们要从7001获取,因此填写7001的id:

填完后,点击done,这样插槽转移就准备好了:

确认要转移吗?输入yes:

然后,通过命令查看结果:

可以看到:

目的达成。

3.故障转移

集群初识状态是这样的:

其中7001、7002、7003都是master,我们计划让7002宕机。

3.1.自动故障转移

当集群中有一个master宕机会发生什么呢?

直接停止一个redis实例,例如7002:

redis-cli -p 7002 shutdown

1)首先是该实例与其它实例失去连接

2)然后是疑似宕机:

3)最后是确定下线,自动提升一个slave为新的master:

4)当7002再次启动,就会变为一个slave节点了:

3.2.手动故障转移

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:

这种failover命令可以指定三种模式:

  • 缺省:默认的流程,如图1~6歩
  • force:省略了对offset的一致性校验
  • takeover:直接执行第5歩,忽略数据一致性、忽略master状态和其它master的意见

案例需求:在7002这个slave节点执行手动故障转移,重新夺回master地位

步骤如下:

1)利用redis-cli连接7002这个节点

2)执行cluster failover命令

如图:

效果:

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