学习笔记：SpringCloud 微服务技术栈_高级篇③_分布式缓存

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若文章内容或图片失效，请留言反馈。部分素材来自网络，若不小心影响到您的利益，请联系博主删除。

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前言

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• 学习视频链接
  • SpringCloud + RabbitMQ + Docker + Redis + 搜索 + 分布式，史上最全面的 SpringCloud 微服务技术栈课程 | 黑马程序员 Java 微服务

• 学习资料链接
  • https://pan.baidu.com/s/169SFtYEvel44hRJhmFTRTQ（提取码：1234）

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• 写这篇博客旨在制作笔记，巩固知识。同时方便个人在线阅览，回顾知识。
• 博客的内容主要来自视频内容和资料中提供的学习笔记。

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• 参考博客：《你知道在 Redis 中 daemonize 的 yes 和 no 有什么区别吗？》

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系列目录

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SpringCloud 微服务技术栈_实用篇①_基础知识

SpringCloud 微服务技术栈_实用篇②_黑马旅游案例

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SpringCloud 微服务技术栈_高级篇①_微服务保护

SpringCloud 微服务技术栈_高级篇②_分布式事务

SpringCloud 微服务技术栈_高级篇③_分布式缓存

SpringCloud 微服务技术栈_高级篇④_多级缓存

SpringCloud 微服务技术栈_高级篇⑤_可靠消息服务

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微服务技术栈导学

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上一篇：SpringCloud 微服务技术栈_高级篇②_分布式事务

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11.解决单点 Redis 的问题

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单点 Redis 的问题

1. 数据丢失问题：Redis 是内存存储，服务重启可能会丢失数据
2. 并发能力问题：单节点 Redis 的并发能力虽然不错，但也无法满足如 618 这样的高并发场景
3. 故障恢复问题：如果 Redis 宕机，则服务不可用，需要一种自动的故障修复手段
4. 存储能力问题：Reids 基于内存，单节点能存储的数据量难以满足海量数据需求

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基于 Redis 集群解决单机 Redis 存在的问题

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12.Redis 持久化

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Redis 有两种持久化方案

• RDB 持久化
• AOF 持久化

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12.1.RDB 持久化

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12.1.1.RDB 定义

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RDB 全称 Redis Database Backup file（Redis 数据备份文件），也被叫做 Redis 数据快照。

简单来说就是把内存中的所有数据都记录到磁盘中。

当 Redis 实例故障重启后，从磁盘读取快照文件，恢复数据。

快照文件称为 RDB 文件，默认是保存在当前运行目录。

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12.1.2.执行时机

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RDB 持久化在四种情况下会执行

• 执行 save 命令
• 执行 bgsave 命令
• Redis 停机时会执行 save 命令
• 触发 RDB 的条件（redis.conf 中的内容）

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• 额外记录
  • 太久没用过 redis 了，都快忘记了，故记录一下打开服务客户端的操作

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1. save 命令

执行下面的命令，可以立即执行一次 RDB

redis-cli

save 命令会导致主进程执行 RDB，这个过程中其它所有命令都会被阻塞。

只有在数据迁移时可能用到。

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2. bgsave 命令

下面的命令可以异步执行 RDB

bgsave

这个命令执行后会开启独立进程完成 RDB，主进程可以持续处理用户请求，不受影响。

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3. 停机时

Redis 停机时会执行一次 save 命令，实现 RDB 持久化。

但是 redis 的这个持久化在停机时才执行，如果服务器突然宕机了怎么办？

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4. 触发 RDB 条件

Redis 内部有触发 RDB 的机制，可以在 redis.conf 文件中找到，格式如下

• 第一条的意思：900 秒内，如果至少有 1 个 key 被修改，则执行 bgsave，如果是 save "" 则表示禁用 RDB
• 其余的意思与第一条意思差不多，只是数值变化了而已
• 一般默认的设置就可以了，无特殊要求不需要更改

save 900 1  
save 300 10  
save 60 10000 

RDB 的其它配置也可以在 redis.conf 文件中设置

• 是否压缩 ,建议不开启，压缩也会消耗 cpu，磁盘的话不值钱

rdbcompression yes

• RDB 文件名称

dbfilename dump.rdb  

• 文件保存的路径目录，./，即当前目录

dir ./ 

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额外记录

• 我的虚拟机上的 Redis 是在写这篇博客的时候安装的
• 相关的安装操作、基本配置操作和基本语法都在该博客中说明了。

src/redis-server ./redis.conf # 启动 redis-server

之前在 redis.conf 文件中写入了 requirepass password，即设置了 Redis 的密码

故启动客户端时需要输入密码

有两种方式：src/redis-cli -h localhost -p 6379 或 src/redis-cli -h localhost -p 6379 -a password

src/redis-cli -h localhost -p 6379 

auth password # 进入到 redis 客户端后输入密码

src/redis-cli -h localhost -p 6379 -a 123456 # 一步到位，直接命令行中添加密码

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12.1.3.RDB 的底层原理

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bgsave 开始时会 fork 主进程得到子进程，子进程共享主进程的内存数据。

完成 fork 后读取内存数据并写入 RDB 文件。

fork 采用的是 copy-on-write 技术

• 当主进程执行读操作时，访问共享内存；
• 当主进程执行写操作时，则会拷贝一份数据，执行写操作。

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12.1.4.小结

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RDB 方式 bgsave 的基本流程？

• fork 主进程得到一个子进程，共享内存空间
• 子进程读取内存数据并写入新的 RDB 文件
• 用新 RDB 文件替换旧的 RDB 文件

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RDB 会在什么时候执行？save 60 1000 代表什么含义？

• 默认是服务停止时
• 代表 60 秒内至少执行 1000 次修改则触发 RDB

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RDB 的缺点？

• RDB 执行间隔时间长，两次 RDB 之间写入数据有丢失的风险
• fork 子进程、压缩、写出 RDB 文件都比较耗时

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12.2.AOF 持久化

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12.2.1.AOF 原理

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AOF 全称为 Append Only File（追加文件）。

Redis 处理的每一个写命令都会记录在 AOF 文件，可以看做是命令日志文件。

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12.2.2.AOF 配置

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AOF 默认是关闭的，需要修改 redis.conf 配置文件来开启 AOF

• 是否开启 AOF 功能，默认是 no

appendonly yes

• 指定 AOF 文件的名称

appendfilename "appendonly.aof"

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AOF 的命令记录的频率也可以通过 redis.conf 文件来配（有三种方式）

• 表示每执行一次写命令，立即记录到 AOF 文件（该操作完全由主进程完成，安全性最高，性能最低）

appendfsync always 

• 写命令执行完先放入 AOF 缓冲区，然后表示每隔 1 秒将缓冲区数据写到 AOF 文件，是默认方案

appendfsync everysec 

• 写命令执行完先放入 AOF 缓冲区，由操作系统决定何时将缓冲区内容写回磁盘

appendfsync no

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三种策略对比

配置项	刷盘时机	优点	缺点
Always	同步刷盘	可靠性高，几乎不丢数据	性能影响大
everysec	每秒刷盘	性能适中	最多丢失 1 秒数据
no	操作系统控制	性能最好	可靠性较差，可能丢失大量数据

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12.2.3.AOF 文件重写

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因为是记录命令，AOF 文件会比 RDB 文件大的多。

而且 AOF 会记录对同一个 key 的多次写操作，但只有最后一次写操作才有意义。

通过执行 bgrewriteaof 命令，可以让 AOF 文件执行重写功能，用最少的命令达到相同效果。

bgrewriteaof

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如图，AOF 原本有三个命令

• 但是 set num 123 和 set num 666 都是对 num 的操作
• 第二次会覆盖第一次的值，因此第一个命令记录下来没有意义。
• 所以重写命令后，AOF 文件内容就是：mset name jack num 666

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Redis 也会在触发阈值时自动去重写 AOF 文件。

阈值也可以在 redis.conf 中配置

• AOF 文件比上次文件 增长超过多少百分比则触发重写

auto-aof-rewrite-percentage 100

• AOF 文件体积最小多大以上才触发重写

auto-aof-rewrite-min-size 64mb 

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12.3.RDB 和 AOF 的区别

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RDB 和 AOF 各有自己的优缺点，如果对数据安全性要求较高，在实际开发中往往会 结合 两者来使用

	RDB	AOF
持久化方式	定时对整个内存做快照	记录每一次执行的命令
数据完整性	不完整，两次备份之间会丢失	相对完整，取决于刷盘策略
文件大小	会有压缩，文件体积小	记录命令，文件体积很大
宕机恢复速度	很快	慢
数据恢复优先级	低，因为数据完整性不如 AOF	高，因为数据完整性更高
系统资源占用	高，大量 CPU 和内存消耗	低，主要是磁盘 IO 资源 但 AOF 重写时会占用大量的 CPU 和内存资源
使用场景	可以容忍数分钟的数据丢失，追求更快的启动速度	对数据安全性要求较高常见

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13.Redis 主从

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13.1.搭建主从结构

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单节点 Redis 的并发能力是有上限的，要进一步提高 Redis 的并发能力，就需要搭建主从集群，实现读写分离。

具体搭建流程参考课前资料 Redis集群.md

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13.1.0.单机安装 redis-6.2.4

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这里就稍稍提一下吧（其实是我自己也想换一下版本：4.0.0 ~ 6.2.4）

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1. 安装依赖
2. 解压
3. 编译
4. 修改配置
5. 启动 Redis 服务和客户端

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1. 安装依赖

首先需要安装 Redis 所需要的依赖

yum install -y gcc tcl

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2. 解压

然后将课前资料提供的 Redis 安装包上传到虚拟机的任意目录

我这里放的位置是 /usr/local/redis 目录

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解压缩

tar -xvf redis-6.2.4.tar.gz

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3. 编译

进入 redis 目录：

cd redis-6.2.4

运行编译命令

make && make install

如果没有出错的话，那应该就是安装成功了。

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4. 修改配置

然后修改 redis.conf 文件中的一些配置

• 绑定地址，默认是 127.0.0.1，会导致只能在本地访问。修改为 0.0.0.0 则可以在任意 IP 访问

bind 0.0.0.0

• 可以设置数据库数量，这里我设置为 1，之前是 16

databases 1

• Linux 系统中 redis 服务启动时为霸屏模式（将 daemonize no 改为 daemonize yes 就可以后台运行了）

daemonize yes

• 开启 redis 的密码校验，设置 redis 的密码（把 # requirepass foobared 修改为 requirepass 你想设的密码）即可。

requirepass 你想设的密码

• 改为 daemonize 的值 为 yes 后，还想看到日志信息就必须指定日志文件（这个文件可以不创建）

mkdir redisLog # 创建新目录

logfile /usr/local/redis/redis-6.2.4/redisLog/run.log

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5. 启动 Redis 服务和客户端

• 启动 redis 服务

src/redis-server redis.conf

• 进入 redis 客户端

src/redis-cli -h localhost -p 6379 -a 你设的密码

• 也可以先进入 redis 客户端，再输入密码

src/redis-cli -h localhost -p 6379

auth 你设置的密码

• 当然，如果没有设置密码的话，直接使用 redis-server redis.conf 命令就行了

src/redis-server redis.conf

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13.1.1.集群结构

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我们搭建的主从集群结构如图

共包含三个节点，一个主节点，两个从节点。

这里我们会在同一台虚拟机中开启 3 个 redis 实例，模拟主从集群，信息如下

IP	PORT	角色
192.168.150.101	7001	master
192.168.150.101	7002	slave
192.168.150.101	7003	slave

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13.1.2.准备实例和配置

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要在同一台虚拟机开启 3 个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。

1. 创建目录
2. 恢复原始配置
3. 拷贝配置文件到每个实例目录
4. 修改每个实例的端口、工作目录
5. 修改每个实例的声明 IP

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1. 创建目录

我们创建三个文件夹，名字分别叫 7001、7002、7003

mkdir colonyTests

cd colonyTests

mkdir 7001 7002 7003

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2. 恢复原始配置（如果你之前改动过配置文件的话）

修改 redis-6.2.4/redis.conf 文件，将其中的持久化模式改为默认的 RDB 模式，AOF 保持关闭状态。

开启 RDB（即注释掉 save ""）

# save ""
save 3600 1
save 300 100
save 60 10000

关闭 AOF

appendonly no

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3. 拷贝配置文件到每个实例目录

然后将 redis-6.2.4/redis.conf 文件拷贝到三个目录中

方式一：逐个拷贝

cp /usr/local/redis/redis-6.2.4/redis.conf 7001
cp /usr/local/redis/redis-6.2.4/redis.conf 7002
cp /usr/local/redis/redis-6.2.4/redis.conf 7003

方式二：管道组合命令，一键拷贝

echo 7001 7002 7003 | xargs -t -n 1 cp /usr/local/redis/redis-6.2.4/redis.conf

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4. 修改每个实例的端口、工作目录

我是在该目录下进行操作的：/usr/local/redis/redis-6.2.4/colonyTests

• 修改每个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为 7001、7002、7003
• 将 rdb 文件保存位置都修改为自己所在目录

sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/usr\/local\/redis\/redis-6.2.4\/colonyTests\/7001\//g' 7001/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/usr\/local\/redis\/redis-6.2.4\/colonyTests\/7002\//g' 7002/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/usr\/local\/redis\/redis-6.2.4\/colonyTests\/7003\//g' 7003/redis.conf

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5. 修改每个实例的声明 IP

我是在该目录下进行操作的：/usr/local/redis/redis-6.2.4/colonyTests

虚拟机本身有多个 IP，为了避免将来混乱，我们需要在 redis.conf 文件中指定每一个实例的绑定 ip 信息，格式如下

• 设置 redis 实例的声明 IP

replica-announce-ip 192.168.150.101

每个目录都要改，我们一键完成修改

• 可以逐一执行

sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7001/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7002/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7003/redis.conf

• 也可以一键修改

printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' {}/redis.conf

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13.1.3.启动 / 一键停止

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src/redis-server colonyTests/7001/redis.conf 
src/redis-server colonyTests/7002/redis.conf 
src/redis-server colonyTests/7003/redis.conf 

如果要一键停止，可以运行下面命令

printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown

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13.1.4.开启主从关系

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现在三个实例还没有任何关系，要配置主从可以使用 replicaof 或者 slaveof（5.0 以前）命令。

有临时和永久两种模式

• 修改配置文件（永久生效）
  • 在 redis.conf 中添加一行配置：slaveof
• 使用 redis-cli 客户端连接到 redis 服务，执行 slaveof 命令（重启后失效）

slaveof <masterip> <masterport>

注意：在 5.0 以后新增命令 replicaof，与 salveof 效果一致。

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这里我们为了演示方便，使用方式二。

以下的命令都是在 /usr/local/redis/redis-6.2.4 目录下执行的

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通过 redis-cli 命令连接 7002，执行下面命令

• 连接 7002

src/redis-cli -p 7002

• 执行 slaveof

slaveof 192.168.150.101 7001

通过 redis-cli 命令连接 7003，执行下面命令

• 连接 7003

redis-cli -p 7003

• 执行 slaveof

slaveof 192.168.150.101 7001

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然后连接 7001 节点，查看集群状态

• 连接 7001

redis-cli -p 7001

• 查看状态

info replication

最终结果

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13.1.5.测试

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执行下列操作以测试

• 利用 redis-cli 连接 7001，执行 set num 123
• 利用 redis-cli 连接 7002，执行 get num，再执行 set num 666
• 利用 redis-cli 连接 7003，执行 get num，再执行 set num 888

可以发现，只有在 7001 这个 master 节点上可以执行写操作，7002 和 7003 这两个 slave 节点只能执行读操作。

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13.1.6.小结

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可以发现，这里的 redis 主从搭建就是启动三个实例

如果是在不同机器上运行的话，我们连端口都不用改了

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• 问：假设有 A、B 两个 Redis 实例，如何让 B 作为 A 的 slave 节点？
• 答：在 B 节点执行命令：slave of A的IP A的port

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13.2.主从数据同步原理

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13.2.1.全量同步

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主从第一次建立连接时，会执行全量同步，将 master 节点的所有数据都拷贝给 slave 节点

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这里有一个问题：master 如何得知 slave 是第一次来连接呢？

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有两个概念，可以作为判断依据

• Replication Id
  • 简称 replid，是数据集的标记，id 一致则说明是同一数据集。
  • 每一个 master 都有唯一的 replid，slave 则会继承 master 节点的 replid
• offset
  • 偏移量，随着记录在 repl_baklog 中的数据增多而逐渐增大。
  • slave 完成同步时也会记录当前同步的 offset。
  • 如果 slave 的 offset 小于 master 的 offset，说明 slave 数据落后于 master，需要更新。

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因此 slave 做数据同步，必须向 master 声明自己的 replication id 和 offset，master 才可以判断到底需要同步哪些数据。

• 因为 slave 原本也是一个 master ，有自己的 replid 和 offset
• 当第一次变成 slave，与 master 建立连接时，发送的 replid 和 offset 是自己的 replid 和 offset。

master 判断发现 slave 发送来的 replid 与自己的不一致，说明这是一个全新的 slave，就知道要做全量同步了。

master 会将自己的 replid 和 offset 都发送给这个 slave，slave 保存这些信息。

以后 slave 的 replid 就与 master一致了。

因此，master 判断一个节点是否是第一次同步的依据，就是看 replid 是否一致。

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全量同步流程描述

• slave 节点请求增量同步
• master 节点判断 replid ，发现不一致，拒绝增量同步
• master 将完整内存数据生成 RDB，发送 RDB 到 slave
• slave 清空本地数据，加载 master 的 RDB
• master 将 RDB 期间的命令记录在 repl_baklog，并持续将 log 中的命令发送给 slave
• slave 执行接收到的命令，保持与 master 之间的同步

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13.2.2.增量同步

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全量同步需要先做 RDB，然后将 RDB 文件通过网络传输个 slave，成本太高了。

因此除了第一次做 全量同步，其它大多数时候 slave 与 master 都是做 增量同步。

什么是增量同步？就是只更新 slave 与 master 存在差异的部分数据。

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那么 master 怎么知道 slave 与自己的数据差异在哪里呢?

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13.2.3.repl_backlog 原理

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master 怎么知道 slave 与自己的数据差异在哪里呢?

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这就要说到全量同步时的 repl_baklog 文件了。

这个文件是一个固定大小的数组，只不过数组是环形

也就是说：角标到达数组末尾后，会再次从 0 开始读写，这样数组头部的数据就会被覆盖。

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repl_baklog 中会记录 Redis 处理过的命令日志及 offset，包括 master 当前的 offset，和 slave 已经拷贝到的 offset

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slave 与 master 的 offset 之间的差异，就是 salve 需要增量拷贝的数据了。

随着不断有数据写入，master 的 offset 逐渐变大，slave 也不断的拷贝，追赶 master 的 offset

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直到数组被填满

此时，如果有新的数据写入，就会覆盖数组中的旧数据。

不过，旧的数据只要是绿色的，说明是已经被同步到 slave 的数据，即便被覆盖了也没什么影响。

因为未同步的仅仅是红色部分。

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但是，如果 slave 出现网络阻塞，导致 master 的 offset 远远超过了 slave 的 offset

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如果 master 继续写入新数据，其 offset 就会覆盖旧的数据，直到将 slave现在的 offset 也覆盖

棕色框中的红色部分，就是尚未同步，但是却已经被覆盖的数据。

此时如果 slave 恢复，需要同步，却发现自己的 offset 都没有了，无法完成增量同步了。

只能做全量同步。

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注意

• repl_baklog 大小有上限，写满后会覆盖最早的数据。
• 如果 slave 断开时间过久，导致尚未备份的数据被覆盖，则无法基于 log 做增量同步，只能再次全量同步

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13.3.主从同步优化

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主从同步可以保证主从数据的一致性，非常重要。

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可以从以下几个方面来优化 Redis 主从集群

• 提高全量同步的性能
  • 在 master 中配置 repl-diskless-sync yes 启用无磁盘复制，避免全量同步时的磁盘 IO
  • Redis 单节点上的内存占用不要太大，减少 RDB 导致的过多磁盘 IO
• 尽可能避免全量同步
  • 适当提高 repl_baklog 的大小，发现 slave 宕机时尽快实现故障恢复，尽可能避免全量同步
• 减小主节点压力同步
  • 限制一个 master 上的 slave 节点数量，如果实在是太多 slave，则可以采用 主-从-从 链式结构，减少 master 压力

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主从从架构图

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13.4.小结

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简述全量同步和增量同步区别？

• 全量同步：master将完整内存数据生成 RDB，发送 RDB 到 slave。后续命令则记录在 repl_baklog，逐个发送给 slave
• 增量同步：slave 提交自己的 offset 到 master，master 获取 repl_baklog 中从 offset 之后的命令给 slave

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什么时候执行全量同步？

• slave 节点第一次连接 master 节点时
• slave 节点断开时间太久，repl_baklog 中的 offset 已经被覆盖时

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什么时候执行增量同步？

• slave 节点断开又恢复，并且在 repl_baklog 中能找到 offset 时

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14.Redis 哨兵

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思考：slave 节点宕机回复后可以找 master 节点同步数据，那 master 节点宕机怎么办？

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Redis 提供了哨兵（Sentinel）机制来实现主从集群的自动故障恢复。

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14.1.哨兵原理

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14.1.1.集群结构和作用

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哨兵的结构图

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哨兵的作用

• 监控：Sentinel 会不断检查您的 master 和 slave 是否按预期工作
• 自动故障恢复：如果 master 故障，Sentinel 会将一个 slave 提升为 master。当故障实例恢复后也以新的 master 为主
• 通知：Sentinel 充当 Redis 客户端的服务发现来源，当集群发生故障转移时，会将最新信息推送给 Redis 的客户端

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14.1.2.集群监控原理

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Sentinel 基于心跳机制监测服务状态，每隔 1 秒向集群的每个实例发送 ping 命令

• 主观下线
  • 如果某 sentinel 节点发现某实例未在规定时间响应，则认为该实例 主观下线。
• 客观下线
  • 若超过指定数量（quorum）的 sentinel 都认为该实例主观下线，则该实例 客观下线 。
  • quorum 值最好超过 Sentinel 实例数量的一半。

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14.1.3.集群故障恢复原理

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一旦发现 master 故障，sentinel 需要在 salve 中选择一个作为新的 master，选择依据是这样的

• 首先会判断 slave 节点与 master 节点断开时间长短
  • 如果超过指定值（down-after-milliseconds * 10）则会排除该 slave 节点
• 然后判断 slave 节点的 slave-priority 值，越小优先级越高，如果是 0 则永不参与选举
  • slave priority 基本上都一样，默认都是 1
• 如果 slave-prority 一样，则判断 slave 节点的 offset 值，越大说明数据越新，优先级越高
  • 到这一步还没有区别的话，其实就说明几个节点完全没有区别，之后其实就是随便选
• 最后是判断 slave 节点的运行 id 大小，越小优先级越高。
  • redis 集群启动的由 redis 那一刻生成的运行 id，它的大小是随机的
  • 所以这最后一步其实就是随机选的

显然，最重要的衡量标准还是 offset

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当选出一个新的 master后，该如何实现切换呢？

流程如下

• sentinel 给备选的 slave1 节点发送 slaveof no one 命令，让该节点成为 master
• sentinel 给所有其它 slave 发送 slaveof 192.168.150.101 7002 命令
  • 让这些 slave 成为新 master 的从节点，开始从新的 master 上同步数据。
• 最后，sentinel 将故障节点标记为 slave，当故障节点恢复后会自动成为新的 master 的 slave 节点

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14.1.4.小结

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Sentinel 的三个作用是什么？

• 监控
• 故障转移
• 通知

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Sentinel 如何判断一个 redis 实例是否健康？

• 每隔 1 秒发送一次 ping 命令，如果超过一定时间没有相向则认为是主观下线
• 如果大多数 sentinel 都认为实例主观下线，则判定服务下线

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故障转移步骤有哪些？

• 首先选定一个 slave 作为新的 master，执行 slaveof no one
• 然后让所有节点都执行 slaveof 新 master
• 修改故障节点配置，添加 slaveof 新 master

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14.2.搭建哨兵集群

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具体搭建流程参考课前资料：Redis集群.md

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14.2.1.集群结构

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这里我们搭建一个三节点形成的 Sentinel 集群，来监管之前的 Redis 主从集群。

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三个 sentinel 实例信息如下

节点	IP	PORT
s1	192.168.150.101	27001
s2	192.168.150.101	27002
s3	192.168.150.101	27003

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14.2.2.准备实例和配置

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要在同一台虚拟机开启 3 个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。

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我们创建三个文件夹，名字分别叫 s1、s2、s3

• 进入诸位自己安装 redis 的目录

 cd /usr/local/redis/redis-6.2.4/

• 创建目录

mkdir sentinelTests

cd sentinelTests

mkdir s1 s2 s3

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然后我们在 s1 目录创建一个 sentinel.conf 文件，添加下面的内容

port 27001
sentinel announce-ip 192.168.150.101
sentinel monitor mymaster 192.168.150.101 7001 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
dir "/usr/local/redis/redis-6.2.4/sentinelTests/s1"
daemonize yes

解读：

• port 27001：是当前 sentinel 实例的端口
• sentinel monitor mymaster 192.168.150.101 7001 2：指定主节点信息
  • mymaster：主节点名称，自定义，任意写
  • 192.168.150.101 7001：主节点的 ip 和端口
  • 2：选举 master 时的 quorum 值
• sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000：slave 与 master 断开最长超时时间
• sentinel failover-timeout mymaster 60000：slave 故障恢复超时时间
• dir "/usr/local/redis/redis-6.2.4/sentinelTests/s1""：工作目录
• daemonize yes：指定 redis 用守护线程的方式启动

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参考博客：《你知道在 Redis 中 daemonize 的 yes 和 no 有什么区别吗？》

• 采用 yes 时
  • redis 会在后台运行，此时 redis 将一直运行，除非手动 kill 该进程。
  • 同时将进程 pid 号写入至 redis.conf 选项 pidfile 设置的文件中（默认会生成在 /var/run/redis.pid)
  • 也可以通过 pidfile 来指定 pid 文件生成的位置（例如：pidfile /path/redis.pid）
• 采用 no 时
  • 当前界面将进入 redis 的命令行界面，exit 强制退出或者关闭连接工具（putty、xshell 等）都会导致 redis 进程退出。

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然后将 s1/sentinel.conf 文件拷贝到 s2、s3 两个目录中

（我的操作目录：/usr/local/redis/redis-6.2.4/sentinelTests/）

• 方式一：逐个拷贝

cp s1/sentinel.conf s2

cp s1/sentinel.conf s3

• 方式二：管道组合命令，一键拷贝

echo s2 s3 | xargs -t -n 1 cp s1/sentinel.conf

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修改 s2、s3 两个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为 27002、27003

（我的操作目录：/usr/local/redis/redis-6.2.4/sentinelTests/）

sed -i -e 's/27001/27002/g' -e 's/s1/s2/g' s2/sentinel.conf

sed -i -e 's/27001/27003/g' -e 's/s1/s3/g' s3/sentinel.conf

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14.2.3.启动

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分别启动 3 个 redis 实例，启动命令

（我的操作目录：/usr/local/redis/redis-6.2.4/sentinelTests/）

• 第 1 个

src/redis-sentinel sentinelTests/s1/sentinel.conf

• 第 2 个

src/redis-sentinel sentinelTests/s2/sentinel.conf

• 第 3 个

src/redis-sentinel sentinelTests/s3/sentinel.conf

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14.2.4.测试

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在尝试让 7001（master） 断开后，进入 redis 客户端（端口：7002）

发现其已经变为了 master 节点

再次尝试启动 7001 端口时，master 也不会发生变化了，仍然是 7002

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• 以下的三张图片是黑马官方免费公开的笔记文档中的图片
• 视频中采用的是霸屏模式启动的 redis-server 和 sentinel
• 图片上有详细介绍。字太多了，所以我直接把他们的图片贴上去了

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• 尝试让 master 节点 7001 宕机，查看 sentinel 日志

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• 查看 7003 的日志

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• 查看 7002 的日志

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14.3.RedisTemplate

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在 Sentinel 集群监管下的 Redis 主从集群，其节点会因为自动故障转移而发生变化。

Redis 的客户端必须感知这种变化，及时更新连接信息。

Spring 的 RedisTemplate 底层利用 lettuce 实现了节点的感知和自动切换。

下面，我们通过一个测试来实现 RedisTemplate 集成哨兵机制。

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14.3.1.导入 Demo 工程

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引入课前资料提供的 Demo 工程

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14.3.2.引入依赖

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在项目的 pom 文件中引入依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.bootgroupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redisartifactId>
dependency>

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14.3.3.配置 Redis 地址

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然后在配置文件 application.yml 中指定 redis 的 sentinel 相关信息

spring:
  redis:
    sentinel:
      master: mymaster # 指定 master 名称
      nodes: # 指定 redis-sentinel 集群信息
        - 192.168.2.7:27001
        - 192.168.2.7:27002
        - 192.168.2.7:27003

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14.3.4.配置读写分离

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在项目的启动类中，添加一个新的 bean

src/main/java/cn/itcast/redisdemo/RedisDemoApplication.java

@Bean
public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer clientConfigurationBuilderCustomizer(){
    return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED);
}

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这个 bean 中配置的就是读写策略，包括四种

• MASTER：从主节点读取
• MASTER_PREFERRED：优先从 master 节点读取，master 不可用才读取 replica
• REPLICA：从 slave（replica）节点读取
• REPLICA _PREFERRED：优先从 slave（replica）节点读取，所有的 slave 都不可用才读取 master

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15.Redis 分片集群

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15.1.搭建分片集群

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15.1.1.分片集群基本介绍

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主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。

但是依然有两个问题没有解决：

• 海量数据存储问题
• 高并发写的问题

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使用 分片集群 可以解决上述问题，如图

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分片集群特征

• 集群中有多个 master，每个 master 保存不同数据
• 每个 master 都可以有多个 slave 节点
• master 之间通过 ping 监测彼此健康状态
• 客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会被转发到正确节点

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具体搭建流程参考课前资料：Redis 集群.md

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15.1.2.集群结构

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分片集群需要的节点数量较多，这里我们搭建一个最小的分片集群

• 包含 3 个 master 节点，每个 master 包含一个 slave 节点

结构如下

这里我们会在同一台虚拟机中开启 6 个 redis 实例，模拟分片集群

信息如下

IP	PORT	角色
192.168.150.101	7001	master
192.168.150.101	7002	master
192.168.150.101	7003	master
192.168.150.101	8001	slave
192.168.150.101	8002	slave
192.168.150.101	8003	slave

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15.1.3.准备实例和配置

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我的 redis 安装在了 /usr/local/redis/redis/redis-6.2.4

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删除之前的 7001、7002、7003 这几个目录，重新创建出 7001、7002、7003、8001、8002、8003 目录

• 进入 redis 的目录

cd /usr/local/redis/redis/redis-6.2.4

• 删除旧的目录，避免配置干扰

rm -rf colonyTests/7001

rm -rf colonyTests/7002

rm -rf colonyTests/7003

• 创建目录

cd colonyTests/

mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

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在目录 /usr/local/redis/redis-6.2.4/colonyTests 准备一个新的 redis.conf 文件

• 新的 redis.conf 内容如下

port 7001
# 开启集群功能
cluster-enabled yes
# 集群的配置文件名称，不需要我们创建，由 redis 自己维护
cluster-config-file /usr/local/redis/redis-6.2.4/colonyTests/7001/nodes.conf
# 节点心跳失败的超时时间
cluster-node-timeout 5000
# 持久化文件存放目录
dir /usr/local/redis/redis-6.2.4/colonyTests/7001
# 绑定地址
bind 0.0.0.0
# 守护进程，让 redis 后台运行
daemonize yes
# 注册的实例 ip
replica-announce-ip 192.168.150.101
# 关闭掉保护模式后，将来就不做什么用户名密码之类的校验了
protected-mode no
# 数据库数量
databases 1
# 日志
logfile /usr/local/redis/redis-6.2.4/colonyTests/7001/run.log

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将这个文件拷贝到每个目录下

• 进入相应的目录

cd /usr/local/redis/redis-6.2.4/colonyTests

• 执行拷贝

echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf

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修改每个目录下的 redis.conf，将其中的 7001 修改为与所在目录一致

• 进入相应目录

cd /usr/local/redis/redis-6.2.4/colonyTests

• 修改配置文件

printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t sed -i 's/7001/{}/g' {}/redis.conf

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15.1.4.一键开启所有进程

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因为已经配置了后台启动模式，所以可以直接启动服务

• 进入相应的目录

cd /usr/local/redis/redis-6.2.4/colonyTests

• 一键启动所有服务

printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf

• 通过 ps 查看状态

ps -ef | grep redis

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15.1.5.一键关闭所有进程

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• 如果要关闭所有进程，可以执行如下命令

ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill

• 或使用该命令关闭所有 redis 的进程（推荐）

printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown

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15.1.6.创建集群（Redis 5.0 之前）

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虽然服务启动了，但是目前每个服务之间都是独立的，没有任何关联。

我们需要执行命令来创建集群，在 Redis 5.0 之前创建集群比较麻烦

Redis 5.0 之后集群管理命令都集成到了 redis-cli 中。

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Redis 5.0 之前集群命令都是用 redis 安装包下的 src/redis-trib.rb 来实现的。

因为 redis-trib.rb 是有 ruby 语言编写的所以需要安装 ruby 环境。

• 安装依赖

yum -y install zlib ruby rubygems

gem install redis

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然后通过命令来管理集群

• 进入 redis 的 src目录

cd /tmp/redis-6.2.4/src

• 创建集群

./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.150.101:7001 \
192.168.150.101:7002 192.168.150.101:7003 192.168.150.101:8001 192.168.150.101:8002 192.168.150.101:8003

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15.1.7.创建集群（Redis 5.0 之后）

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虽然服务启动了，但是目前每个服务之间都是独立的，没有任何关联。

我们需要执行命令来创建集群，在 Redis 5.0 之前创建集群比较麻烦

Redis 5.0 之后集群管理命令都集成到了 redis-cli 中。

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我们使用的是 redis-6.2.4 版本，集群管理以及集成到了 redis-cli 中，格式如下

redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.150.101:7001 \
192.168.150.101:7002 192.168.150.101:7003 192.168.150.101:8001 192.168.150.101:8002 192.168.150.101:8003

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命令说明

• redis-cli --cluster 或者 ./redis-trib.rb：代表集群操作命令
• create：代表是创建集群
• --replicas 1 或者 --cluster-replicas 1：指定集群中每个 master 的副本个数为 1
  • 此时 节点总数 ÷ (replicas + 1) 得到的就是 master 的数量。
  • 因此节点列表中的前 n 个就是 master，其它节点都是 slave 节点，随机分配到不同 master

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运行上面的命令后，需要输入 yes

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之后集群就开始创建了

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• 通过命令可以查看集群状态

redis-cli -p 7001 cluster nodes

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15.2.散列插槽

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15.2.1.插槽原理

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这里我偷个懒，直接贴的官方免费公开提供的资料里的图片

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Redis 会把每一个 master 节点映射到 0~16383 共 16384个 插槽（hash slot）上，查看集群信息时就能看到

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每个 master 都可以存储数据。

当数据存储完毕时，如何得知去哪个 master 找数据？

插槽就可以帮我们解决这个问题

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数据 key 不是与节点绑定，而是与插槽绑定。

redis 会根据 key 的有效部分计算插槽值，分两种情况

• key 中包含 “{}”，且 “{}”中至少包含 1 个字符，“{}” 中的部分是有效部分
• key 中不包含 “{}”，整个 key 都是有效部分

例如：key 是 num，那么就根据 num 计算，如果是 {itcast} num，则根据 itcast 计算。

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计算方式是利用 CRC16 算法得到一个 hash 值，然后对 16384 取余，得到的结果就是 slot 值。

在 7001 这个节点执行 set a 1 时，对 a 做 hash 运算，对 16384 取余，得到的结果是 15495，因此要存储到 7003 节点。

到了 7003 后，执行 get num 时，对 num 做 hash 运算，对 16384 取余，得到的结果是 2765，因此需要切换到 7001 节点

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插槽与 key 绑定，而不与节点绑定，还可以有效避免节点宕机的情况

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15.2.2.小结

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Redis 如何判断某个 key 应该在哪个实例？

• 将 16384 个插槽分配到不同的实例
• 根据 key 的有效部分计算哈希值，对 16384 取余
• 余数作为插槽，寻找插槽所在实例即可

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如何将同一类数据固定的保存在同一个 Redis 实例？

• 这一类数据使用相同的有效部分（例如 key 都以 {typeId} 为前缀）

例如：

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15.3.集群伸缩

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这里我偷个懒，直接贴的官方免费公开提供的资料里的图片

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15.3.1.简述

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集群可以添加节点，也可以删除节点

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redis-cli --cluster 提供了很多操作集群的命令，可以通过下面方式查看

redis-cli --cluster help

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比如，添加节点的命令

在没有 --cluster-slave 这个参数前，默认新增节点是主节点

--cluster-master-id 则是指定谁是它的 master（显然这要配合 --cluster-slave 来使用）

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15.3.2.需求分析

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需求：向集群中添加一个新的 master节点，并向其中存储 num = 10

• 启动一个新的 redis 实例，端口为 7004
• 添加 7004 到之前的集群，并作为一个 master 节点
• 给 7004 节点分配插槽，使得 num 这个 key 可以存储到 7004 实例

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这里需要两个新的功能

• 添加一个节点到集群中
• 将部分插槽分配到新插槽

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15.3.3.创建新的 redis 实例

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• 进入相应的目录

cd /usr/local/redis/redis-6.2.4/colonyTests

• 创建一个文件夹

mkdir 7004

• 拷贝配置文件

cp 7001/redis.conf 7004

• 修改配置文件

sed -i /s/7001/7004/g 7004/redis.conf

• 启动

redis-server 7004/redis.conf

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15.3.4.添加新节点到 redis

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添加节点的语法如下：

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• 执行命令

redis-cli --cluster add-node  192.168.150.101:7004 192.168.150.101:7001

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• 通过命令查看集群状态

redis-cli -p 7001 cluster nodes

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如图，7004 加入了集群，并且默认是一个 master 节点：

但是，可以看到 7004 节点的插槽数量为 0，因此没有任何数据可以存储到 7004 上

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15.3.5.转移插槽

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我们要将 num 存储到 7004 节点，因此需要先看看 num 的插槽是多少

如上图所示，num 的插槽为 2765.

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我们可以将 0~3000 的插槽从 7001 转移到 7004，命令格式如下

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具体命令如下

建立连接

redis-cli --cluster reshard 192.168.150.101:7001

得到下面的反馈

询问要移动多少个插槽，我们计划是 3000 个

新的问题来了：

哪个 node 来接收这些插槽？？？

显然是 7004，那么 7004 节点的 id 是多少呢？

复制这个 id，然后拷贝到刚才的控制台后

这里询问，你的插槽是从哪里移动过来的？

• all：代表全部，也就是三个节点各转移一部分
• 具体的 id：目标节点的 id
• done：没有了

这里我们要从7001获取，因此填写 7001 的 id

填完后，点击 done，这样插槽转移就准备好了

确认要转移吗？输入 yes

然后，通过命令查看结果

redis-cli -p 7001 cluster nodes

可以看到

显然，目的达成。

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15.4.故障转移

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集群初始状态是这样的

其中 7001、7002、7003 都是 master，我们计划让 7002 宕机。

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15.4.1.自动故障转移

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当集群中有一个 master 宕机会发生什么呢？

直接停止一个 redis 实例，例如 7002

redis-cli -p 7002 shutdown

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1. 首先是该实例与其它实例失去连接

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2. 然后是疑似宕机

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3. 最后是确定下线，自动提升一个 slave为新的 master

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4. 当 7002 再次启动，就会变为一个 slave 节点了

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15.4.2.手动故障转移

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利用 cluster failover 命令可以手动让集群中的某个 master 宕机

切换到执行 cluster failover 命令的这个 slave 节点，实现无感知的数据迁移。

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其流程如下：

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这种 failover 命令可以指定三种模式

• 缺省：默认的流程：如图 1~6 步
• force：省略了对 offset 的一致性校验
• takeover：直接执行第 5 歩，忽略数据一致性、忽略 master 状态和其它 master 的意见

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案例需求：在 7002 这个 slave 节点执行手动故障转移，重新夺回 master 地位

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步骤如下

1. 利用 redis-cli 连接 7002 这个节点
2. 执行 cluster failover 命令

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如图：

效果：

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15.5.RedisTemplate 访问分片集群

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RedisTemplate 底层同样基于 lettuce 实现了分片集群的支持，而使用的步骤与哨兵模式基本一致

1. 引入 redis 的 starter 依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.bootgroupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redisartifactId>
dependency>

2. 配置分片集群地址
3. 配置读写分离

src/main/java/cn/itcast/redisdemo/RedisDemoApplication.java

@Bean
public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer clientConfigurationBuilderCustomizer(){
    return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED);
}

---

与哨兵模式相比，其中只有分片集群的配置方式略有差异

spring:
  redis:
    cluster:
      nodes:
        - 192.168.150.101:7001
        - 192.168.150.101:7002
        - 192.168.150.101:7003
        - 192.168.150.101:8001
        - 192.168.150.101:8002
        - 192.168.150.101:8003

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