Redis的集群模式

一、主从模式

Redis的集群模式_第1张图片

通过持久化功能,Redis保证了即使在服务器重启的情况下也不会损失(或少量损失)数据,因为持久化会把内存中数据保存到硬盘上,重启会从硬盘上加载数据。
但是由于数据是存储在一台服务器上的,如果这台服务器出现硬盘故障等问题,也会导致数据丢失。为了避免单点故障,通常的做法是将数据库复制多个副本以部署在不同的服务器上,这样即使有一台服务器出现故障,其他服务器依然可以继续提供服务。为此, Redis 提供了复制(replication)功能,可以实现当一台数据库中的数据更新后,自动将更新的数据同步到其他数据库上。
在复制的概念中,数据库分为两类,一类是主数据库(master),另一类是从数据库(slave)。主数据库可以进行读写操作,当写操作导致数据变化时会自动将数据同步给从数据库。而从数据库一般是只读的,并接受主数据库同步过来的数据。一个主数据库可以拥有多个从数据库,而一个从数据库只能拥有一个主数据库。

主从数据库的配置

主数据库不用配置,从redis的conf文件中可以加载从数据库的信息,也可以在启动时,使用 redis-server --port 6380 --slaveof 127.0.0.1 6379
从数据库一般是只读,可以改为可写,但写入的数据很容易被主同步没,所以还是只读就可以。
也可以在运行时使用slaveof ip port命令,停止原来的主,切换成刚刚设置的主 slaveof no one会把自己变成主

复制原理

当从数据库启动时,会向主数据库发送sync命令,主数据库接收到sync后开始在后台保存快照rdb,在保存快照期间收到的命令缓存起来,当快照完成时,主数据库会将快照和缓存的命令一块发送给从**。复制初始化结束。
之后,主每收到1个命令就同步发送给从。
当出现断开重连后,2.8之后的版本会将断线期间的命令传给重数据库。增量复制
主从复制是乐观复制,当客户端发送写执行给主,主执行完立即将结果返回客户端,并异步的把命令发送给从,从而不影响性能。也可以设置至少同步给多少个从主才可写。
无硬盘复制:如果硬盘效率低将会影响复制性能,2.8之后可以设置无硬盘复制,repl-diskless-sync yes

优点:

支持主从复制,主机会自动将数据同步到从机,可以进行读写分离;
为了分载Master的读操作压力,Slave服务器可以为客户端提供只读操作的服务,写服务仍然必须由Master来完成;
Slave同样可以接受其它Slaves的连接和同步请求,这样可以有效的分载Master的同步压力;
Master Server是以非阻塞的方式为Slaves提供服务。所以在Master-Slave同步期间,客户端仍然可以提交查询或修改请求;
Slave Server同样是以非阻塞的方式完成数据同步。在同步期间,如果有客户端提交查询请求,Redis则返回同步之前的数据;

缺点:

Redis不具备自动容错和恢复功能,主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败,需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复;
主机宕机,宕机前有部分数据未能及时同步到从机,切换IP后还会引入数据不一致的问题,降低了系统的可用性;
如果多个Slave断线了,需要重启的时候,尽量不要在同一时间段进行重启。因为只要Slave启动,就会发送sync请求和主机全量同步,当多个 Slave 重启的时候,可能会导致 Master IO剧增从而宕机。
Redis较难支持在线扩容,在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂;

二、哨兵模式

Redis的集群模式_第2张图片

当主数据库遇到异常中断服务后,开发者可以通过手动的方式选择一个从数据库来升格为主数据库,以使得系统能够继续提供服务。然而整个过程相对麻烦且需要人工介入,难以实现自动化。 为此,Redis 2.8中提供了哨兵工具来实现自动化的系统监控和故障恢复功能。

哨兵模式的作用:

通过发送命令,让Redis服务器返回监控其运行状态,包括主服务器和从服务器;
当哨兵监测到master宕机,会自动将slave切换成master,然后通过发布订阅模式通知其他的从服务器,修改配置文件,让它们切换主机;
然而一个哨兵进程对Redis服务器进行监控,也可能会出现问题,为此,我们可以使用多个哨兵进行监控。各个哨兵之间还会进行监控,这样就形成了多哨兵模式。

故障切换的过程:

假设主服务器宕机,哨兵1先检测到这个结果,系统并不会马上进行 failover 过程,仅仅是哨兵1主观的认为主服务器不可用,这个现象成为主观下线。当后面的哨兵也检测到主服务器不可用,并且数量达到一定值时,那么哨兵之间就会进行一次投票,投票的结果由一个哨兵发起,进行 failover 操作。切换成功后,就会通过发布订阅模式,让各个哨兵把自己监控的从服务器实现切换主机,这个过程称为客观下线。这样对于客户端而言,一切都是透明的。

哨兵模式的工作方式:

每个Sentinel(哨兵)进程以每秒钟一次的频率向整个集群中的Master主服务器,Slave从服务器以及其他Sentinel(哨兵)进程发送一个 PING 命令。
如果一个实例(instance)距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 选项所指定的值, 则这个实例会被 Sentinel(哨兵)进程标记为主观下线(SDOWN)
如果一个Master主服务器被标记为主观下线(SDOWN),则正在监视这个Master主服务器的所有 Sentinel(哨兵)进程要以每秒一次的频率确认Master主服务器的确进入了主观下线状态
当有足够数量的 Sentinel(哨兵)进程(大于等于配置文件指定的值)在指定的时间范围内确认Master主服务器进入了主观下线状态(SDOWN), 则Master主服务器会被标记为客观下线(ODOWN)
在一般情况下, 每个 Sentinel(哨兵)进程会以每 10 秒一次的频率向集群中的所有Master主服务器、Slave从服务器发送 INFO 命令。
当Master主服务器被 Sentinel(哨兵)进程标记为客观下线(ODOWN)时,Sentinel(哨兵)进程向下线的 Master主服务器的所有 Slave从服务器发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次。
若没有足够数量的 Sentinel(哨兵)进程同意 Master主服务器下线, Master主服务器的客观下线状态就会被移除。若 Master主服务器重新向 Sentinel(哨兵)进程发送 PING 命令返回有效回复,Master主服务器的主观下线状态就会被移除。

优点:

哨兵模式是基于主从模式的,所有主从的优点,哨兵模式都具有。
主从可以自动切换,系统更健壮,可用性更高。

缺点:

Redis较难支持在线扩容,在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。

三、集群(cluster-enable)

Redis的集群模式_第3张图片

使用集群,只需要将每个数据库节点的cluster-enable配置打开即可。每个集群中至少需要三个主数据库才能正常运行。
即使使用哨兵,redis每个实例也是全量存储,每个redis存储的内容都是完整的数据,浪费内存且有木桶效应。为了最大化利用内存,可以采用集群,就是分布式存储。即每台redis存储不同的内容。
集群至少需要3主3从,且每个实例使用不同的配置文件,主从不用配置,集群会自己选。
修改每个实例的配置文件:
 cluster-enabled yes  --开启集群
 cluster-config-file nodes-6382.conf --集群配置文件名,
每个实例配置的要不同,redis会根据文件名自动新建

集群的特点

所有的redis节点彼此互联(PING-PONG机制),内部使用二进制协议优化传输速度和带宽。

节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才生效。

客户端与 Redis 节点直连,不需要中间代理层.客户端不需要连接集群所有节点,连接集群中任何一个可用节点即可。

集群的工作方式

在 Redis 的每一个节点上,都有这么两个东西,一个是插槽(slot),它的的取值范围是:0-16383。还有一个就是cluster,可以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。
为了保证高可用,redis-cluster集群引入了主从模式,一个主节点对应一个或者多个从节点,当主节点宕机的时候,就会启用从节点。当其它主节点ping一个主节点A时,如果半数以上的主节点与A通信超时,那么认为主节点A宕机了。如果主节点A和它的从节点A1都宕机了,那么该集群就无法再提供服务了。

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