分布式系列教程(06) -分布式Redis缓存 (集群)

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简介: 分布式系列教程(06) -分布式Redis缓存 (集群)

代码已上传至Github,有兴趣的同学可以下载来看看:https://github.com/ylw-github/SpringBoot-Redis-Demo

本文目录结构:

l____引言

l____1. Redis-cluster

l________1.1 Redis-cluster 原理

l____2. Redis集群搭建

l________2.1 环境描述

l________2.2 各个Redis环境创建

l________2.3 安装Redis集群需要的环境

l________2.4 集群环境测试

l____3. SpringBoot整合Redis集群型

l____4.Redis集群的几个注意事项

l____总结

引言

Redis在3.0版本之前是不支持集群的,我们的redis如果想要集群的话,就需要一个中间件,然后这个中间件负责将我们需要存入redis中的数据的key通过一套算法计算得出一个值。然后根据这个值找到对应的redis节点,将这些数据存在这个redis的节点中。在取值的时候,同样先将key进行计算,得到对应的值,然后就去找对应的redis节点,从对应的节点中取出对应的值。

这样做有很多不好的地方,比如说我们的这些计算都需要在系统中去进行,所以会增加系统的负担。还有就是这种集群模式下,某个节点挂掉,其他的节点无法知道。而且也不容易对每个节点进行负载均衡。

常见的集群方案:

  1. 官方方案(redis-cluster搭建实战)
  2. (不推荐)客户端分片技术,扩容/缩容时,必须手动调整分片程序,出现故障不能自动转移
  3. (不推荐)可以使用主从复制方式
  4. 使用一些代理工具

下面将讲解Redis-Cluster搭建Redis集群。

1. Redis-cluster

1.1 Redis-cluster 原理

Redis 是一个开源的 key-value 存储系统,由于出众的性能,大部分互联网企业都用来做服务器端缓存。Redis 在3.0版本前只支持单实例模式,虽然支持主从模式、哨兵模式部署来解决单点故障,但是现在互联网企业动辄大几百G的数据,可完全是没法满足业务的需求,所以,Redis 在 3.0 版本以后就推出了集群模式。

Redis 集群采用了P2P的模式,完全去中心化。Redis 把所有的 Key 分成了 16384 个 slot(插槽),每个 Redis 实例负责其中一部分 slot 。集群中的所有信息(节点、端口、slot等),都通过节点之间定期的数据交换而更新。Redis 客户端可以在任意一个 Redis 实例发出请求,如果所需数据不在该实例中,通过重定向命令引导客户端访问所需的实例。

在这个图中,每一个蓝色的圈都代表着一个redis的服务器节点。它们任何两个节点之间都是相互连通的。客户端可以与任何一个节点相连接,然后就可以访问集群中的任何一个节点。对其进行存取和其他操作。

那么redis是怎么做到的呢?

首先,在redis的每一个节点上,都有这么两个东西,一个是插槽(slot)可以理解为是一个可以存储两个数值的一个变量,这个变量的取值范围是:0-16383,还有一个就是cluster我个人把这个cluster理解为是一个集群管理的插件。当我们的存取的key到达的时候,redis会根据crc16的算法得出一个结果,然后把结果对 16384 求余数,这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383 之间的哈希槽,通过这个值,去找到对应的插槽所对应的节点,然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作。

还有就是因为如果集群的话,是有好多个redis一起工作的,那么,就需要这个集群不是那么容易挂掉,所以呢,理论上就应该给集群中的每个节点至少一个备用的redis服务。这个备用的redis称为从节点(slave)。

那么这个集群是如何判断是否有某个节点挂掉了呢?

首先要说的是,每一个节点都存有这个集群所有主节点以及从节点的信息。它们之间通过互相的ping-pong判断是否节点可以连接上。如果有一半以上的节点去ping一个节点的时候没有回应,集群就认为这个节点宕机了,然后去连接它的备用节点。如果某个节点和所有从节点全部挂掉,我们集群就进入fail状态。还有就是如果有一半以上的主节点宕机,那么我们集群同样进入发力状态。这就是我们的redis的投票机制,具体原理如下图所示:

这套架构的特点:

  • 分片算法:基于 slot hash桶;
  • 分片实例之间相互独立,每组 一个master 实例和多个slave;
  • 路由信息存放到第三方存储组件,如 zookeeper 或etcd
  • 旁路组件探活

2. Redis集群搭建

2.1 环境描述

安装部署任何一个应用其实都很简单,只要安装步骤一步一步来就行了,下面说一下 Redis 集群搭建规划。由于集群至少需要6个节点(3主3从模式),因为没有这么多机器,我本地也起不了那么多虚拟机,现在计划是在一台机器上模拟一个集群,当然,这和生产环境的集群搭建是没本质区别。

服务器 端口
9001主Redis服务器 192.168.162.131:9001
9002主Redis服务器 192.168.162.131:9002
9003主Redis服务器 192.168.162.131:9003
9004从Redis服务器 192.168.162.131:9004
9005从Redis服务器 192.168.162.131:9005
9006从Redis服务器 192.168.162.131:9006

2.2 各个Redis环境创建

1.创建文件夹:我们计划集群中 Redis 节点的端口号为 9001-9006 ,端口号即集群下各实例文件夹。数据存放在 端口号/data 文件夹中。

mkdir /usr/local/redis-cluster
cd redis-cluster/
mkdir -p 9001/data 9002/data 9003/data 9004/data 9005/data 9006/data

2.安装Redis(先不要配置):参考之前写的文章《Linux下安装Redis》,安装到第4步即可。

3.复制脚本:在/usr/local/redis-cluster下创建 bin 文件夹,用来存放集群运行脚本,并把安装好的 Redis 的 src 路径下的运行脚本拷贝过来:

cd /usr/local/redis-cluster
mkdir bin
cd /usr/local/redis-3.2.9/src
cp mkreleasehdr.sh redis-benchmark redis-check-aof  redis-cli redis-server redis-trib.rb /usr/local/redis-cluster/bin

4.复制一个新 Redis 实例:我们现在从已安装好的 Redis 中复制一个新的实例到 9001 文件夹,并修改 redis.conf 配置。

---- 复制redis实例:

cp -r /usr/local/redis  /usr/local/redis-cluster/9001

---- 修改redis.conf,搜索去修改:

port 9001(每个节点的端口号)
daemonize yes
bind 192.168.162.131(绑定当前机器 IP)
dir /usr/local/redis-cluster/9001/data/(数据文件存放位置)
pidfile /var/run/redis_9001.pid(pid 9001和port要对应)
cluster-enabled yes(启动集群模式)
cluster-config-file nodes9001.conf(9001和port要对应)
cluster-node-timeout 15000
appendonly yes

5.复制五个新 Redis 实例:我们已经完成了一个节点了,其实接下来就是机械化的再完成另外五个节点,其实可以这么做:把 9001 实例 复制到另外五个文件夹中,唯一要修改的就是 redis.conf 中的所有和端口的相关的信息即可,其实就那么四个位置,开始操作:

---- 复制五个redis实例:

\cp -rf /usr/local/redis-cluster/9001/*   /usr/local/redis-cluster/9002
\cp -rf /usr/local/redis-cluster/9001/*   /usr/local/redis-cluster/9003
\cp -rf /usr/local/redis-cluster/9001/*   /usr/local/redis-cluster/9004
\cp -rf /usr/local/redis-cluster/9001/*   /usr/local/redis-cluster/9005
\cp -rf /usr/local/redis-cluster/9001/*   /usr/local/redis-cluster/9006

\cp -rf 命令是不使用别名来复制,因为 cp 其实是别名 cp -i,操作时会有交互式确认,比较烦人。

---- 修改redis.conf,搜索9001去修改,修改4个部分:

port 900?(每个节点的端口号)
dir /usr/local/redis-cluster/900?/data/(数据文件存放位置)
pidfile /var/run/redis_9001.pid(pid 900?和port要对应)
cluster-config-file nodes9001.conf(900?和port要对应)
vi /usr/local/redis-cluster/9002/redis/etc/redis.conf
vi /usr/local/redis-cluster/9003/redis/etc/redis.conf
vi /usr/local/redis-cluster/9004/redis/etc/redis.conf
vi /usr/local/redis-cluster/9005/redis/etc/redis.conf
vi /usr/local/redis-cluster/9006/redis/etc/redis.conf

6.启动9001~9006六个节点:

/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9001/redis/etc/redis.conf
/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9002/redis/etc/redis.conf
/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9003/redis/etc/redis.conf
/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9004/redis/etc/redis.conf
/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9005/redis/etc/redis.conf
/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9006/redis/etc/redis.conf

7.使用9001测试:

/usr/local/redis-cluster/9001/redis/bin/redis-cli -h 192.168.162.131 -p 9001
set name "ylw"

发现报错 :(error) CLUSTERDOWN Hash slot not served

原因这是因为虽然我们配置并启动了 Redis 集群服务,但是他们暂时还并不在一个集群中,互相直接发现不了,而且还没有可存储的位置,就是所谓的slot(槽)

2.3 安装Redis集群需要的环境

由于 Redis 集群需要使用 ruby 命令,所以我们需要安装 ruby 和相关接口。

yum install ruby
yum install rubygems
gem install redis   #使用本地上传方式

当执行:gem install redis时,会发现一只卡着,不能下载,所以只能本地安装(已上传到百度网盘,链接:https://pan.baidu.com/s/1cPKa2X55SPVh5XR3iVAD9g 密码:z21e

使用ssh工具上传到/usr/local目录

安装:

gem install -l /usr/local/redis-3.2.1.gem

2.4 集群环境测试

1.启动集群,输入yes:

/usr/local/redis-cluster/bin/redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.162.131:9001 192.168.162.131:9002 192.168.162.131:9003 192.168.162.131:9004 192.168.162.131:9005 192.168.162.131:9006

简单解释一下这个命令:调用 ruby 命令来进行创建集群,–replicas 1 表示主从复制比例为 1:1,即一个主节点对应一个从节点;然后,默认给我们分配好了每个主节点和对应从节点服务,以及 solt 的大小,因为在 Redis 集群中有且仅有 16383 个 solt ,默认情况会给我们平均分配,当然你可以指定,后续的增减节点也可以重新分配。

2.验证

在9001设置name:启动命令(记得加-c)不然会抱error:

/usr/local/redis-cluster/9001/redis/bin/redis-cli -h 192.168.162.131 -c -p 9001

在9003获取name:

可以看到在9003依然可以获取到name。

Redis 集群成功!

3. SpringBoot整合Redis集群

代码已提交到Github,版本号:b1dab796317110116e7b2b14b22e10b6f1033b1f

修改的地方不多,直接修改application.yml即可

spring:
  redis:
    database: 0
#    host: 132.232.44.194
#    port: 6379
#    password: 123456
    jedis:
      pool:
        max-active: 8
        max-wait: -1
        max-idle: 8
        min-idle: 0
    timeout: 10000
    cluster:
      nodes:
        - 192.168.162.131:9001
        - 192.168.162.131:9002
        - 192.168.162.131:9003
        - 192.168.162.131:9004
        - 192.168.162.131:9005
        - 192.168.162.131:9006

设置age:浏览器输入:http://localhost:8080/setString?key=sex&value=male

在浏览器获取sex:

4.Redis集群的几个注意事项

  • Redis集群使用CRC16对key进行hash:集群固定使用16384对hash出来的值取模。因为取模结果一定在16384之内,所以集群中的sharding(分片)实际就是如何将16384个值在n个主节点间分配,如何分配取决于你的配置。
  • Redis生产级集群需要容灾:因此,一般部署为n个主+n*m个从。n大小主要取决于单机性能,m大小主要取决于机器稳定性。
  • Redis集群是弱一致性的:此处的一致,主要指主从之间的数据一致性。主要是因为redis在做数据更新时,不要求主从数据同步复制一定要成功。
    集群最小的主数量为3,主数量应为奇数,以便做选举判决。

总结

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