Redis哨兵

目录

  • 作用与架构
    • 作用
    • 架构
    • 部署
      • 部署主从节点
      • 部署哨兵节点
  • 演示故障转移
    • 总结
  • 客户端访问哨兵系统
    • 代码示例
    • 客户端原理
  • 总结

主节点的自动故障转移

作用与架构


作用

Redis Sentinel,即Redis哨兵,在Redis
2.8版本开始引入。哨兵的核心功能是主节点的自动故障转移。下面是Redis官方文档对于哨兵功能的描述:

  • 监控(Monitoring):哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。
  • 自动故障转移(Automatic failover):当主节点不能正常工作时,哨兵会开始自动故障转移操作,它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点,并让其他从节点改为复制新的主节点。
  • 配置提供者(Configuration provider):客户端在初始化时,通过连接哨兵来获得当前Redis服务的主节点地址。
  • 通知(Notification):哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。
    其中,监控和自动故障转移功能,使得哨兵可以及时发现主节点故障并完成转移;而配置提供者和通知功能,则需要在与客户端的交互中才能体现。

这里对“客户端”一词在文章中的用法做一个说明: 在前面的文章中,只要通过API访问redis服务器,都会称作客户端,包括redis-cli、Java客户端Jedis等;为了便于区分说明,本文中的客户端并不包括redis-cli,而是比redis-cli更加复杂:redis-cli使用的是redis提供的底层接口,而客户端则对这些接口、功能进行了封装,以便充分利用哨兵的配置提供者和通知功能。

架构

典型的哨兵架构图如下所示:
Redis哨兵_第1张图片
它由两部分组成,哨兵节点和数据节点:

  • 哨兵节点:哨兵系统由一个或多个哨兵节点组成,哨兵节点是特殊的redis节点,不存储数据。
  • 数据节点:主节点和从节点都是数据节点。

部署

这一部分将部署一个简单的哨兵系统,包含1个主节点、2个从节点和3个哨兵节点。方便起见:所有这些节点都部署在一台机器上,使用端口号区分;节点的配置尽可能简化。

部署主从节点

哨兵系统中的主从节点,与普通的主从节点配置是一样的,并不需要做任何额外配置。下面分别是主节点(port=6379)和2个从节点(port=6380/6381)的配置文件,配置都比较简单,不再详述。

#redis-6379.conf
port 6379
daemonize yes
logfile "6379.log"
dbfilename "dump-6379.rdb"
 
#redis-6380.conf
port 6380
daemonize yes
logfile "6380.log"
dbfilename "dump-6380.rdb"
slaveof 192.168.92.128 6379
 
#redis-6381.conf
port 6381
daemonize yes
logfile "6381.log"
dbfilename "dump-6381.rdb"
slaveof 192.168.92.128 6379

配置完成后,依次启动主节点和从节点:

redis-server redis-6379.conf
redis-server redis-6380.conf
redis-server redis-6381.conf

节点启动后,连接主节点查看主从状态是否正常,如下图所示:
Redis哨兵_第2张图片

部署哨兵节点

哨兵节点本质上是特殊的Redis节点。
3个哨兵节点的配置几乎是完全一样的,主要区别在于端口号的不同(26379/26380/26381),下面以26379节点为例介绍节点的配置和启动方式;配置部分尽量简化,更多配置会在后面介绍。

#sentinel-26379.conf
port 26379
daemonize yes
logfile "26379.log"
sentinel monitor mymaster 192.168.92.128 6379 2
sentinel monitor mymaster 192.168.92.128 6379 2  

配置的含义是: 该哨兵节点监控192.168.92.128:6379这个主节点,该主节点的名称是mymaster,最后的2的含义与主节点的故障判定有关:至少需要2个哨兵节点同意,才能判定主节点故障并进行故障转移。

哨兵节点的启动有两种方式,二者作用是完全相同的:

redis-sentinel sentinel-26379.conf
redis-server sentinel-26379.conf --sentinel

按照上述方式配置和启动之后,整个哨兵系统就启动完毕了。
可以通过redis-cli连接哨兵节点进行验证,如下图所示:可以看出26379哨兵节点已经在监控mymaster主节点(即192.168.92.128:6379),并发现了其2个从节点和另外2个哨兵节点。
Redis哨兵_第3张图片

此时如果查看哨兵节点的配置文件,会发现一些变化,以26379为例:
Redis哨兵_第4张图片

其中,dir只是显式声明了数据和日志所在的目录(在哨兵语境下只有日志);known-slave和known-sentinel显示哨兵已经发现了从节点和其他哨兵;带有epoch的参数与配置纪元有关(配置纪元是一个从0开始的计数器,每进行一次领导者哨兵选举,都会+1;领导者哨兵选举是故障转移阶段的一个操作,在后文原理部分会介绍)。

演示故障转移


哨兵的4个作用中,配置提供者和通知需要客户端的配合,这一小节将演示当主节点发生故障时,哨兵的监控和自动故障转移功能。

1)首先,使用kill命令杀掉主节点:
2)如果此时立即在哨兵节点中使用info Sentinel命令查看,会发现主节点还没有切换过来,因为哨兵发现主节点故障并转移,需要一段时间。
在这里插入图片描述
3)一段时间以后,再次在哨兵节点中执行info Sentinel查看,发现主节点已经切换成6380节点。
但是同时可以发现,哨兵节点认为新的主节点仍然有2个从节点,这是因为哨兵在将6380切换成主节点的同时,将6379节点置为其从节点;虽然6379从节点已经挂掉,但是由于哨兵并不会对从节点进行客观下线(其含义将在原理部分介绍),因此认为该从节点一直存在。当6379节点重新启动后,会自动变成6380节点的从节点。下面验证一下。
4)重启6379节点:可以看到6379节点成为了6380节点的从节点。
Redis哨兵_第5张图片
5)在故障转移阶段,哨兵和主从节点的配置文件都会被改写。
对于主从节点,主要是slaveof配置的变化:新的主节点没有了slaveof配置,其从节点则slaveof新的主节点。
对于哨兵节点,除了主从节点信息的变化,纪元(epoch)也会变化,下图中可以看到纪元相关的参数都+1了。
Redis哨兵_第6张图片

总结

哨兵系统的搭建过程,有几点需要注意:

  • 哨兵系统中的主从节点,与普通的主从节点并没有什么区别,故障发现和转移是由哨兵来控制和完成的。
  • 哨兵节点本质上是redis节点。
  • 每个哨兵节点,只需要配置监控主节点,便可以自动发现其他的哨兵节点和从节点。
  • 在哨兵节点启动和故障转移阶段,各个节点的配置文件会被重写(config rewrite)。

例子中,一个哨兵只监控了一个主节点;实际上,一个哨兵可以监控多个主节点,通过配置多条sentinel monitor即可实现。

客户端访问哨兵系统


代码示例

在介绍客户端的原理之前,先以Java客户端Jedis为例,演示一下使用方法:下面代码可以连接我们刚刚搭建的哨兵系统,并进行各种读写操作(代码中只演示如何连接哨兵,异常处理、资源关闭等未考虑)。

public static void testSentinel() throws Exception {
         String masterName = "mymaster";
         Set<String> sentinels = new HashSet<>();
         sentinels.add("192.168.92.128:26379");
         sentinels.add("192.168.92.128:26380");
         sentinels.add("192.168.92.128:26381");
 
         JedisSentinelPool pool = new JedisSentinelPool(masterName, sentinels); //初始化过程做了很多工作
         Jedis jedis = pool.getResource();
         jedis.set("key1", "value1");
         pool.close();
}

客户端原理

Jedis客户端对哨兵提供了很好的支持。如上述代码所示,我们只需要向Jedis提供哨兵节点集合和masterName,构造JedisSentinelPool对象;然后便可以像使用普通redis连接池一样来使用了:通过pool.getResource()获取连接,执行具体的命令。

在整个过程中,我们的代码不需要显式的指定主节点的地址,就可以连接到主节点;代码中对故障转移没有任何体现,就可以在哨兵完成故障转移后自动的切换主节点。之所以可以做到这一点,是因为在JedisSentinelPool的构造器中,进行了相关的工作;主要包括以下两点:
(1)遍历哨兵节点,获取主节点信息:遍历哨兵节点,通过其中一个哨兵节点+masterName获得主节点的信息;该功能是通过调用哨兵节点的sentinel get-master-addr-by-name命令实现,该命令示例如下:

一旦获得主节点信息,停止遍历(因此一般来说遍历到第一个哨兵节点,循环就停止了)。

(2)增加对哨兵的监听:这样当发生故障转移时,客户端便可以收到哨兵的通知,从而完成主节点的切换。具体做法是:利用redis提供的发布订阅功能,为每一个哨兵节点开启一个单独的线程,订阅哨兵节点的+switch-master频道,当收到消息时,重新初始化连接池。

总结


  • 本文首先介绍了哨兵的作用:监控、故障转移、配置提供者和通知;然后讲述了哨兵系统的部署方法,以及通过客户端访问哨兵系统的方法;再然后简要说明了哨兵实现的基本原理;最后给出了关于哨兵实践的一些建议。

  • 在主从复制的基础上,哨兵引入了主节点的自动故障转移,进一步提高了Redis的高可用性;但是哨兵的缺陷同样很明显:哨兵无法对从节点进行自动故障转移,在读写分离场景下,从节点故障会导致读服务不可用,需要我们对从节点做额外的监控、切换操作。

  • 此外,哨兵仍然没有解决写操作无法负载均衡、及存储能力受到单机限制的问题;这些问题的解决需要使用集群,我将在后面的文章中介绍,欢迎关注。

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