0.1
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
0.2 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。
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
0.3 集群伸缩
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:
0.3.1 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
0.3.1 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
0.3.3 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
0.3.4 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.
我们可以将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,我们计划是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。
0.4 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。
0.4.1 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:
0.4.2 生动故障转移
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:
0.5 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:
1)引入redis的starter依赖
2)配置分片集群地址
3)配置读写分离
与哨兵模式相比,其中只有分片集群的配置方式略有差异,如下:
spring: redis: cluster: nodes: - 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
1. 集群架构
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 |
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 192.168.150.101 # 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
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:
图(TODO)
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
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 192.168.150.101:8003
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
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。