redis集群原理及三种模式详解

1、redis集群简介

redis最开始使用主从模式做集群，若master宕机需要手动配置slave转为master；后来为了高可用提出了哨兵模式，该模式下有一个哨兵监视master和slave，若master宕机可以自动将slave转为master，但它也有一个问题，就是不能动态扩充；所以在3.x提出cluster集群模式。

2、redis集群原理

在redis集群中，所有的redis节点彼此互联，节点 内部使用二进制协议优化优化传输速度和带宽。当一个节点挂掉后，集群中超过半数的节点检测失效时才认为该节点已失效。不同于tomcat集群需要使用反向代理服务器，redis集群中的任意节点都可以直接和Java客户端连接。redis集群上的数据分配则是采用哈希槽（HASH SLOT），redis集群中内置了16384个哈希槽，当有数据需要存储时，redis会首先使用CRC16 算法对key进行计算，将计算获得的结果对16384取余，这样每一个key都会对应一个取值在0~16383之间的哈希槽，redis则根据这个余数将该条数据存储到对应的redis节点上，开发者可以根据每个redis实例的性能来调整每个redis实力上哈希槽的分布范围。

3、redis集群的优点

• 单个redis存在不稳定性，当redis服务宕机，就没有可用的服务了。
• 单个redis的读写能力是有限的。

redis集群是为了强化redis的读写能力。

4、redis集群的三种模式

• 主从模式
• Sentinel模式
• Cluster模式

4.1、主从模式

主从模式是三种模式中最简单的，在主从模式中，数据库分为两类：主数据库(master)和从数据库(slave)。

主从模式特点：

• 主数据库可以进行读写操作，当读写操作导致数据变化时会自动将数据同步给从数据库
• 从数据库一般都是只读的，并且接收主数据库同步过来的数据
• 一个master可以拥有多个slave，但是一个slave只能对应一个master
• slave挂了不影响其他slave的读和master的读和写，重新启动后会将数据从master同步过来
• master挂了以后，不影响slave的读，但是redis不再提供写服务，master重启后redis将重新对外提供写服务
• master挂了以后，不会在slave节点中重新选一个master

工作机制：

当slave启动后，主动向master发送SYNC命令。master接收到SYNC命令后在后台保存快照(RDB持久化)和缓存保存快照这段时间的命令，然后将保存的快照文件和缓存的命令发送给slave。slave接收到快照文件和命令后加载快照文件和缓存的执行命令。

复制初始化后，master每次接收到的命令都会同步发送给slave，保证主从数据的一致性。

缺点：

• master节点唯一，若master挂掉，则redis无法对外提供写服务

4.2、Sentinel模式

主从模式的弊端是不具备高可用性，当master挂掉以后，redis将不能再对外提供写入操作，因此sentinel应用而生。

sentinel模式特点：

• sentinel模式是建立在主从模式的基础上，如果只有一个redis节点，sentinel就没有任何意义
• 当master挂了以后，sentinel会在slave中选择一个作为master，并修改他们的配置文件，其他slave的配置文件也会被修改，比如slaveof
• 当master重新启动以后，它将不再是master而是作为slave接收新的master的同步数据
• sentinel因为也是一个进程有挂掉的可能，所以sentinel也会启动多个形成一个sentinel集群
• 多sentinel配置的时候，sentinel之间也会自动监控
• 当主从模式配置密码时，sentinel也会同步将配置信息修改到配置文件中，不需要担心
• 要给sentinel或sentinel集群可以管理多个redis，多个sentinel也可以监控同一个redis
• sentinel组好不要和redis部署在同一台机器，不然redis的服务器挂掉之后，sentinel也会挂掉

工作机制：

• 每个sentinel以每秒钟一次的频率向它所知的master，slave以及其他sentinel实例发送一个ping命令
• 如果一个实例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标记为主观下线
• 如果一个master被标记为主观下线，则正在监视这个master的所有sentinel要以每秒一次的频率确认master的确进入了主观下线状态
• 当有足够数量的sentinel（大于等于配置文件指定的值）在指定范围内确认master的确进入了主观下线状态，则master会被标记为客观下线
• 在一般情况下，每个sentinel会以每10秒一次的频率向它已知的所有master，slave发送INFO命令
• 当master被sentinel标记为客观下线时，sentinel向下线的master的所有slave发送INFO命令的频率从10秒一次改为1秒一次
• 若没有足够数量的sentinel统一master已经下线，master的客观下线状态就会被移除
• 若master重新向sentinel的PING命令返回有效恢复，master的主观下线状态就会被移除 

当使用sentinel模式的时候，客户端就不要直接连接redis，而是连接sentinel的ip和port，由sentinel来提供具体的可提供服务的redis实现

4.3、Cluster模式

 sentinel模式基本上可以满足一般生产的需求，具备高可用性。但是当数据量过大到一台服务器存放不下的情况时，主从模式或sentinel模式就不能满足需求了，这个时候需要对存储的数据进行分片，将数据存储到多个redis实例中。cluster模式的出现就是为了解决单机redis容量有限的问题，将redis的数据根据一定的规则分配到多台机器。

cluster可以说是sentinel和主从模式的结合体，通过cluster可以实现主从和master重选功能，所以如果配置两个副本三个分片的话，就需要六个redis实例。因为redis的数据是根据一定规则分配到cluster的不同机器的，当数据量过大时，可以新增机器进行扩容。

使用集群，只需要将redis配置文件中的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，新增节点非常方便。

cluster集群的特点：

• 多个redis节点网络互联，数据共享
• 所有节点都是一主一从（也可以是一主多从），其中从不提供服务，仅作为备用
• 不支持同时处理多个key（如MSET/MGET)，因为redis需要把key均匀分布在各个节点上
• 并发量很高的情况下同时创建key-value会降低性能并导致不可预测的行为
• 支持在线增加、删除节点
• 客户端可以连接任何一个主节点进行读写

 

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