Redis Cluster学习笔记

Redis在3.0版正式引入了集群这个特性。Redis集群是一个分布式（distributed）、容错（fault-tolerant）的 Redis内存K/V服务， 集群可以使用的功能是普通单机 Redis 所能使用的功能的一个子集（subset），比如Redis集群并不支持处理多个keys的命令,因为这需要在不同的节点间移动数据,从而达不到像Redis那样的性能,在高负载的情况下可能会导致不可预料的错误。

Redis集群的几个重要特征：

(1).Redis 集群的分片特征在于将键空间分拆了16384个槽位，每一个节点负责其中一些槽位。

(2).Redis提供一定程度的可用性,可以在某个节点宕机或者不可达的情况下继续处理命令.

(3).Redis 集群中不存在中心（central）节点或者代理（proxy）节点， 集群的其中一个主要设计目标是达到线性可扩展性（linear scalability）。

1. Redis的数据分片（Sharding）

Redis 集群的键空间被分割为 16384 （2^14)个槽（slot）， 集群的最大节点数量也是 16384 个（推荐的最大节点数量为 1000 个），同理每个主节点可以负责处理1到16384个槽位。

当16384个槽位都有主节点负责处理时，集群进入”稳定“上线状态，可以开始处理数据命令。当集群没有处理稳定状态时，可以通过执行重配置（reconfiguration）操作，使得每个哈希槽都只由一个节点进行处理。

重配置指的是将某个/某些槽从一个节点移动到另一个节点。一个主节点可以有任意多个从节点， 这些从节点用于在主节点发生网络断线或者节点失效时， 对主节点进行替换。

集群的使用公式CRC16（Key）&16383计算key属于哪个槽：

HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384

CRC16其结果长度为16位。

2. Redis集群节点

部分内容摘自附录2。Redis 集群中的节点不仅要记录键和值的映射，还需要记录集群的状态，包括键到正确节点的映射。它还具有自动发现其他节点，识别工作不正常的节点，并在有需要时，在从节点中选举出新的主节点的功能。

为了执行以上列出的任务， 集群中的每个节点都与其他节点建立起了“集群连接（cluster bus）”， 该连接是一个 TCP 连接， 使用二进制协议进行通讯。

节点之间使用 Gossip 协议 来进行以下工作：

a).传播（propagate）关于集群的信息，以此来发现新的节点。

b).向其他节点发送 PING 数据包，以此来检查目标节点是否正常运作。

c).在特定事件发生时，发送集群信息。

除此之外， 集群连接还用于在集群中发布或订阅信息。

集群节点不能前端代理命令请求， 所以客户端应该在节点返回 -MOVED或者 -ASK转向（redirection）错误时， 自行将命令请求转发至其他节点。

客户端可以自由地向集群中的任何一个节点发送命令请求， 并可以在有需要时， 根据转向错误所提供的信息， 将命令转发至正确的节点， 所以在理论上来说， 客户端是无须保存集群状态信息的。但如果客户端可以将键和节点之间的映射信息保存起来， 可以有效地减少可能出现的转向次数， 籍此提升命令执行的效率。

每个节点在集群中由一个独一无二的 ID标识， 该 ID 是一个十六进制表示的 160 位随机数，在节点第一次启动时由 /dev/urandom 生成。节点会将它的 ID 保存到配置文件， 只要这个配置文件不被删除， 节点就会一直沿用这个 ID 。一个节点可以改变它的 IP 和端口号， 而不改变节点 ID 。 集群可以自动识别出IP/端口号的变化， 并将这一信息通过 Gossip协议广播给其他节点知道。

下面是每个节点都有的关联信息， 并且节点会将这些信息发送给其他节点：

a).节点所使用的 IP 地址和 TCP 端口号。

b).节点的标志（flags）。

c).节点负责处理的哈希槽。

b).节点最近一次使用集群连接发送 PING 数据包（packet）的时间。

e).节点最近一次在回复中接收到 PONG 数据包的时间。

f).集群将该节点标记为下线的时间。

g).该节点的从节点数量。

如果该节点是从节点的话，那么它会记录主节点的节点 ID 。 如果这是一个主节点的话，那么主节点 ID 这一栏的值为 0000000。

在了解Redis Cluster的集群基本特征后，我们首先搭建出这个Redis Cluster集群。

3. 安装Redis 3.0.x

当前最新版为3.0.1

wget http://download.redis.io/releases/redis-3.0.1.tar.gz
tar xvzf redis-3.0.1.tar.gz
cd redis-3.0.1/
make -j
#apt-get install tcl
make test
###将redis安装到/usr/local/redis3上
#cd src && make PREFIX=/usr/local/redis3 install
###创建符号链接
 #ls /usr/local/redis3/bin/redis-*
/usr/local/redis3/bin/redis-benchmark  /usr/local/redis3/bin/redis-check-dump  /usr/local/redis3/bin/redis-sentinel
/usr/local/redis3/bin/redis-check-aof  /usr/local/redis3/bin/redis-cli         /usr/local/redis3/bin/redis-server
#for i in `cd /usr/local/redis3/bin; ls redis-*`
do
ln -s /usr/local/redis3/bin/$i /usr/local/bin/$i
done;
#mkdir -p /usr/local/redis3/conf
#ln -sf /usr/local/redis3/conf /etc/redis3
###检查版本信息
redis-cli -v
redis-cli 3.0.1

4. Redis Cluster配置

运行在集群模式的Redis实例与普通的Redis实例有所不同，集群模式需要通过配置启用cluster特性，开启集群模式后的Redis实例便可以使用集群特有的命令和特性了.下面是一个最少选项的集群的配置文件 : 注意如果使用的是单机测试，最好把cluster-config-file nodes.conf设置为对应的 端口 nodes-xxx.conf，还有就是 pid 设置为当前 目录下 pidfile ./redis.pid

port 7001
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

文件中的 cluster-enabled 选项用于开实例的集群模式， 而 cluster-conf-file 选项则设定了保存节点配置文件的路径， 默认值为 nodes.conf。该节点配置文件无须人为修改，它由Redis集群在启动时自动创建， 并在有需要时自动进行更新。

若要让集群正常运作至少需要三个主节点，我们的环境中，每个主节点附带一个从节点，所以一共六个节点。端口为7001-7006。

在/app/redis3， 并创建六个以端口号为名字的子目录， 稍后我们在将每个目录中运行一个 Redis 实例：

cd /app/redis3
mkdir 7001 7002 7003 7004 7005 7006
 cp /etc/redis3/conf/redis.conf  /app/redis3/7001/
......
cp /etc/redis3/conf/redis.conf  /app/redis3/7006/

将redis.conf里的端口号修改为对应的端口。下面我们打开对应的目录，启动redis实例即可，启动的时候要进入到对应的目录然后启动。

cd /app/redis3/7001;nohup redis-server redis.conf &
cd /app/redis3/7002;nohup redis-server redis.conf &
......

实例打印的日志显示， 因为 nodes.conf 文件不存在， 所以每个节点都为它自身指定了一个新的 ID ,

/app/redis3/7006# tail -f nohup.out
27040:M 09 May 22:53:50.197 * No cluster configuration found, I'm 1984c27297c6ef50bbfcbd35c11b93cc40ba17e4
/app/redis3/7006# cat nodes.conf 
d2b437ca8b9007dcdb63ac16210f6540860361e3 :0 myself,master - 0 0 0 connected
vars currentEpoch 0 lastVoteEpoch 0

现在我们已经有了六个正在运行中的 Redis 实例， 接下来我们需要使用这些实例来创建集群。通过使用 Redis 集群命令行工具 redis-trib ， 编写节点配置文件的工作可以非常容易地完成： redis-trib 位于 Redis 源码的 src 文件夹中， 它是一个 Ruby 程序， 这个程序通过向实例发送特殊命令来完成创建新集群， 检查集群， 或者对集群进行重新分片（reshared）等工作。这里通过create命令来创建集群，指定replicas=1，即每一个主实例有一个从实例。redis-trib 会打印出一份预想中的配置给你看， 如果你觉得没问题的话， 就可以输入 yes ， redis-trib 就会将这份配置应用到集群当中,让各个节点开始互相通讯,最后可以得到如下信息

~/redis-3.0.1/src# apt-get install ruby gem
~/redis-3.0.1/src# gem sources -a http://ruby.taobao.org/
~/redis-3.0.1/src# gem install redis
~/redis-3.0.1/src# cp redis-trib.rb /usr/local/redis3/bin/
~/redis-3.0.1/src# ln -sf /usr/local/redis3/bin/redis-trib.rb /usr/bin/redis-trib.rb
~/redis-3.0.1/src# redis-trib.rb create --replicas 1  127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 127.0.0.1:7006
M: 1984c27297c6ef50bbfcbd35c11b93cc40ba17e4 127.0.0.1:7001
   slots:0-5460 (5461 slots) master
M: 481e256be4c724f5a2c64a761e52b4be61ca45b4 127.0.0.1:7002
   slots:5461-10922 (5462 slots) master
M: b5b652fa02d9999861e66c843b01fd2700c02adf 127.0.0.1:7003
   slots:10923-16383 (5461 slots) master
S: 821ec823dc0c2d4f65319e84fe74157fb1014155 127.0.0.1:7004
   replicates 1984c27297c6ef50bbfcbd35c11b93cc40ba17e4
S: b3b8541b9520d707180d56a2fb3cf3ee6895ed10 127.0.0.1:7005
   replicates 481e256be4c724f5a2c64a761e52b4be61ca45b4
S: d2b437ca8b9007dcdb63ac16210f6540860361e3 127.0.0.1:7006
   replicates b5b652fa02d9999861e66c843b01fd2700c02adf
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept):
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.

以上信息的其中一部分可以通过向集群中的任意节点（主节点或者从节点都可以）发送 CLUSTER NODES 命令来获得。该命令还可以获得节点 ID ， IP 地址和端口号， 标志（flag）， 最后发送 PING 的时间， 最后接收 PONG 的时间， 连接状态， 节点负责处理的槽。

redis-cli -p 7001 cluster nodes
481e256be4c724f5a2c64a761e52b4be61ca45b4 127.0.0.1:7002 master - 0 1431186119174 2 connected 5461-10922
b3b8541b9520d707180d56a2fb3cf3ee6895ed10 127.0.0.1:7005 slave 481e256be4c724f5a2c64a761e52b4be61ca45b4 0 1431186120677 5 connected
d2b437ca8b9007dcdb63ac16210f6540860361e3 127.0.0.1:7006 slave b5b652fa02d9999861e66c843b01fd2700c02adf 0 1431186119174 6 connected
b5b652fa02d9999861e66c843b01fd2700c02adf 127.0.0.1:7003 master - 0 1431186118673 3 connected 10923-16383
821ec823dc0c2d4f65319e84fe74157fb1014155 127.0.0.1:7004 slave 1984c27297c6ef50bbfcbd35c11b93cc40ba17e4 0 1431186120176 4 connected
1984c27297c6ef50bbfcbd35c11b93cc40ba17e4 127.0.0.1:7001 myself,master - 0 0 1 connected 0-5460

5. 连接Redis集群

通过上面的输出，我们可以看出Redis三个主节点的slot范围。一个 Redis 客户端可以向集群中的任意节点（包括从节点）发送命令请求。我们首先连接第一个节点：

redis-cli -p 7001
127.0.0.1:7001> set a 1 
(error) MOVED 15495 127.0.0.1:7003
127.0.0.1:7001> get a
(error) MOVED 15495 127.0.0.1:7003
127.0.0.1:7001> set b 1
OK

节点会对命令请求进行分析和key的slot计算，并且会查找这个命令所要处理的键所在的槽。如果要查找的哈希槽正好就由接收到命令的节点负责处理， 那么节点就直接执行这个命令。

另一方面， 如果所查找的槽不是由该节点处理的话， 节点将查看自身内部所保存的哈希槽到节点 ID 的映射记录， 并向客户端回复一个 MOVED 错误。上面的错误信息包含键 x 所属的哈希槽15495， 以及负责处理这个槽的节点的 IP 和端口号 127.0.0.1:7003 。

虽然我们用Node ID来标识集群中的节点， 但是为了让客户端的转向操作尽可能地简单， 节点在 MOVED 错误中直接返回目标节点的 IP 和端口号， 而不是目标节点的 ID 。客户端应该记录槽15495由节点127.0.0.1:7003负责处理“这一信息， 这样当再次有命令需要对槽15495执行时， 客户端就可以加快寻找正确节点的速度。这样，当集群处于稳定状态时，所有客户端最终都会保存有一个哈希槽至节点的映射记录，使得集群非常高效： 客户端可以直接向正确的节点发送命令请求， 无须转向、代理或者其他任何可能发生单点故障（single point failure）的实体（entiy）。

6.java 连接Redis集群

使用 jedis-2.7.2.jar jar 包

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

import redis.clients.jedis.HostAndPort;
import redis.clients.jedis.JedisCluster;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

public class JedisClusterTest {

	public static void main(String[] args) {

		JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
		config.setMaxTotal(20);
		config.setMaxIdle(2);

		HostAndPort hp0 = new HostAndPort("localhost", 7000);
		HostAndPort hp1 = new HostAndPort("localhost", 7001);
		HostAndPort hp2 = new HostAndPort("localhost", 7002);
		HostAndPort hp3 = new HostAndPort("localhost", 7003);
		HostAndPort hp4 = new HostAndPort("localhost", 7004);
		HostAndPort hp5 = new HostAndPort("localhost", 7005);

		Set hps = new HashSet();
		hps.add(hp0);
		hps.add(hp1);
		hps.add(hp2);
		hps.add(hp3);
		hps.add(hp4);
		hps.add(hp5);

		// 超时，最大的转发数，最大链接数，最小链接数都会影响到集群
		JedisCluster jedisCluster = new JedisCluster(hps, 5000, 10, config);

		long start = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			jedisCluster.set("sn" + i, "n" + i);
		}
		long end = System.currentTimeMillis();

		System.out.println("Simple  @ Sharding Set : " + (end - start) / 10000);

		for (int i = 0; i < 1000; i++) {
			System.out.println(jedisCluster.get("sn" + i));
		}

		jedisCluster.close();

	}

}

7.java 连接Redis集群常见错误

7.1.Too many Cluster redirections
这种情况一般情况下都是 redis 绑定ip问题，默认情况下 redis 绑定的 ip 是本机的 127.0.0.1 如果redis 部署在其他机器上，而本地测试程序想要通过网络链接到 redis 集群，那么就需要注意，在 redis.conf 文件中配置 bind xxx.xxx.xxx.xxx 注意这个地方要配置成客户端链接的 ip

注意：如果 redis 绑定了指定的 ip 地址了，这时候在启动集群的时候也需要注意，需要指定ip地址了，本来启动集群的方式是这样的：
./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7000  127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005
现在就是这样的
./redis-trib.rb create --replicas 1 xxx.xxx.xxx.xxx:7000  xxx.xxx.xxx.xxx:7001 xxx.xxx.xxx.xxx:7002 xxx.xxx.xxx.xxx:7003 xxx.xxx.xxx.xxx:7004 xxx.xxx.xxx.xxx:7005./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7000  127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005