Redis 集群模式搭建

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目录：

　　1. 哨兵模式与集群模式对比

　　2. Redis 集群架构搭建

　　3. 集群原理分析

　　4. 集群元数据维护方式对比

　　5. redis 分布式寻址

　　6. 集群选举过程

　　7. spring boot 接入

1. 哨兵模式与集群模式对比

　　哨兵模式架构通过哨兵 sentinel 工具来监控master节点的状态，如果master节点异常，则会做主从切换，将某一台slave作为master，哨兵的配置略微复杂，并且性能和高可用性等各方面表现一般，特别是在主从切换的瞬间存在访问瞬断的情况，而且哨兵模式只有一个主节点对外提供服务，没法支持很高的并发，且单个主节点内存也不宜设置得过大，否则会导致持久化文件过大，影响数据恢复或主从同步的效率。

　　集群模式：redis集群是一个由多个主从节点群组成的分布式服务器群，它具有复制、高可用和分片特性。Redis集群不需要sentinel哨兵∙也能完成节点移除和故障转移的功能。需要将每个节点设置成集群模式，这种集群模式没有中心节点，可水平扩展，据官方文档称可以线性扩展到上万个节点(官方推荐不超过1000个节点)。redis集群的性能和高可用性均优于之前版本的哨兵模式，且集群配置非常简单。

2. Redis 集群架构搭建：

　　redis集群需要至少三个master节点。这里用一台机器搭建三个master节点，并且给每个master再搭建一个slave节点，总共6个redis节点，

　　2.1. /usr/local下创建文件夹redis‐cluster，然后在其下面分别创建6个文件夹，以端口进行区分：7001，7002，8001，8002，9001，9002

　　2.2. 把之前的redis.conf配置文件copy到8001下，修改如下内容(并配置每个端口文件夹下的配置)

（1）daemonize yes
（2）port 8001（分别对每个机器的端口号进行设置）
（3）pidfile /var/run/redis_8001.pid  # 把pid进程号写入pidfile配置的文件
（4）dir /usr/local/redis-cluster/8001/（指定数据文件存放位置，必须要指定不同的目录位置，不然会丢失数据）
（5）cluster-enabled yes（启动集群模式）
（6）cluster-config-file nodes-8001.conf（集群节点信息文件，这里800x最好和port对应上）
（7）cluster-node-timeout 10000
(8)# bind 127.0.0.1（bind绑定的是自己机器网卡的ip，如果有多块网卡可以配多个ip，代表允许客户端通过机器的哪些网卡ip去访问，内网一般可以不配置bind，注释掉即可）
(9)protected-mode  no   （关闭保护模式）
(10)appendonly yes
 　如果要设置密码需要增加如下配置：
(11)requirepass test     (设置redis访问密码)
(12)masterauth  test      (设置集群节点间访问密码，跟上面一致)

　　2.3. 分别启动每个 redis 实例，并查看是否启动成功：

/usr/local/redis-5.0.3/src/redis-server /usr/local/redis-cluster/700*/redis.conf
/usr/local/redis-5.0.3/src/redis-server /usr/local/redis-cluster/800*/redis.conf
/usr/local/redis-5.0.3/src/redis-server /usr/local/redis-cluster/900*/redis.conf
　　ps -ef | grep redis 查看是否启动成功

　　2.4.  用redis-cli创建整个redis集群。

　　　　如果redis 实例是在不同的服务器之间，需要关闭防火器，关闭防火墙命令：

# systemctl stop firewalld # 临时关闭防火墙
# systemctl disable firewalld # 禁止开机启动

　　　　创建集群：

/usr/local/redis-5.0.3/src/redis-cli -a test --cluster create --cluster-replicas 1 112.125.26.68:7001 112.125.26.68:7002 112.125.26.68:8001 112.125.26.68:8002 1112.125.26.68:9001 112.125.26.68:9002

　　2.5. 集群验证

（1）连接任意一个客户端即可：./redis-cli -c -h -p (-a访问服务端密码，-c表示集群模式，指定ip地址和端口号）
    如：/usr/local/redis-5.0.3/src/redis-cli -a test -c -h 112.125.26.68 -p 800*
（2）进行验证： cluster info（查看集群信息）、cluster nodes（查看节点列表）
（3）进行数据操作验证
（4）关闭集群则需要逐个进行关闭，使用命令：
/usr/local/redis-5.0.3/src/redis-cli -a zhuge -c -h 112.125.26.68 -p 800* shutdown

3. 集群原理分析:

　　Redis Cluster 将所有数据划分为 16384 个 slots(槽位)，每个节点负责其中一部分槽位。槽位的信息存储于每个节点中。当 Redis Cluster 的客户端来连接集群时，它也会得到一份集群的槽位配置信息并将其缓存在客户端本地。这样当客户端要查找某个 key 时，可以直接定位到目标节点。同时因为槽位的信息可能会存在客户端与服务器不一致的情况，还需要纠正机制来实现槽位信息的校验调整。

4. 集群元数据维护方式对比：

　　集群元数据的维护有两种方式：集中式、Gossip 协议。Redis cluster 节点间采用 gossip 协议进行通信。

　　集中式是将集群元数据（节点信息、故障等等）集中存储在某个节点上。集中式元数据集中存储的一个典型代表，就是大数据领域的 storm 。它是分布式的大数据实时计算引擎，是集中式的元数据存储的结构，底层基于 zookeeper（分布式协调的中间件）对所有元数据进行存储维护。

　　集中式的好处在于，元数据的读取和更新，时效性非常好，一旦元数据出现了变更，就立即更新到集中式的存储中，其它节点读取的时候就可以感知到；不好在于，所有的元数据的更新压力全部集中在一个地方，可能会导致元数据的存储有压力。

　　Redis 维护集群元数据采用另一个方式， gossip 协议，所有节点都持有一份元数据，不同的节点如果出现了元数据的变更，就不断将元数据发送给其它的节点，让其它节点也进行元数据的变更。

　　gossip 好处在于，元数据的更新比较分散，不是集中在一个地方，更新请求会陆陆续续打到所有节点上去更新，降低了压力；不好在于，元数据的更新有延时，可能导致集群中的一些操作会有一些滞后。

5. 分布式寻址算法：

　　　　hash 算法， 一致性hash 算法，hash slot 算法

　　redis 集群使用的是 hash slot 算法：Redis cluster 有固定的 16384 个 hash slot，对每个 key 计算 CRC16 值，然后对 16384 取模，可以获取 key 对应的 hash slot。

　　Redis cluster 中每个 master 都会持有部分 slot，比如有 3 个 master，那么可能每个 master 持有 5000 多个 hash slot。hash slot 让 node 的增加和移除很简单，增加一个 master，就将其他 master 的 hash slot 移动部分过去，减少一个 master，就将它的 hash slot 移动到其他 master 上去。移动 hash slot 的成本是非常低的。客户端的 api，可以对指定的数据，让他们走同一个 hash slot，通过 hash tag 来实现。

　　任何一台机器宕机，另外两个节点，不影响的。因为 key 找的是 hash slot，不是机器。

HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384

6. 集群选举过程：

　　每个从节点，都根据自己对 master 复制数据的 offset，来设置一个选举时间，offset 越大（复制数据越多）的从节点，选举时间越靠前，优先进行选举。所有的 master node 开始 slave 选举投票，给要进行选举的 slave 进行投票，如果大部分 master node （N/2 + 1） 都投票给了某个从节点，那么选举通过，那个从节点可以切换成 master。从节点执行主备切换，从节点切换为主节点。

7. spring boot 接入

　　7.1 引入pom 依赖：

<dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
   <groupId>org.apache.commons</groupId>
   <artifactId>commons-pool2</artifactId>
</dependency>

　　7.2 配置文件

server:
  port: 8080
spring:
  redis:
    database: 0
    timeout: 3000
    password: test
    cluster:
      nodes: 112.125.26.68:7001 112.125.26.68:7002 112.125.26.68:8001 112.125.26.68:8002 1112.125.26.68:9001 112.125.26.68:9002
   lettuce:
      pool:
        max-idle: 50
        min-idle: 10
        max-active: 100
        max-wait: 1000

　　7.3 代码实现：

@RestController
public class TestController {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(TestController.class);
    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    @RequestMapping("/test_cluster")
    public void testCluster() throws InterruptedException {
       stringRedisTemplate.opsForValue().set("test", "666");
       System.out.println(stringRedisTemplate.opsForValue().get("test"));
    }
}

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