– 基于Redis集群解决单机Redis存在的问题
单机的Redis存在四大问题:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oGj5V8hD-1681919435399)(assets/image-20210725144240631.png)]
Redis有两种持久化方案:
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。
RDB持久化在四种情况下会执行:
1)save命令
执行下面的命令,可以立即执行一次RDB:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4HbXTyoB-1681919435401)(assets/image-20210725144536958.png)]
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。
2)bgsave命令
下面的命令可以异步执行RDB:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-r6wkYCiw-1681919435403)(assets/image-20210725144725943.png)]
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。
3)停机时
Redis停机时会执行一次save命令,实现RDB持久化。
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:
# 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
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
dir ./
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:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-hvduvRYA-1681919435404)(assets/image-20210725151319695.png)]
RDB方式bgsave的基本流程?
RDB会在什么时候执行?save 60 1000代表什么含义?
RDB的缺点?
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。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kMAv4WY0-1681919435405)(assets/image-20210725151543640.png)]
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
# AOF文件的名称
appendfilename "appendonly.aof"
AOF的命令记录的频率也可以通过redis.conf文件来配:
# 表示每执行一次写命令,立即记录到AOF文件
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
三种策略对比:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JFy597ei-1681919435407)(assets/image-20210725151654046.png)]
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。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-yl5nc05w-1681919435409)(assets/image-20210725151729118.png)]
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
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
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。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9EWZOG3M-1681919435410)(assets/image-20210725151940515.png)]
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。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1cAKcxEb-1681919435411)(assets/image-20210725152037611.png)]
具体搭建流程参考课前资料《Redis集群.md》:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kGGukmvs-1681919435412)(assets/image-20210725152052501.png)]
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,流程:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-V3mfAz0y-1681919435413)(assets/image-20210725152222497.png)]
这里有一个问题,master如何得知salve是第一次来连接呢??
有几个概念,可以作为判断依据:
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。
如图:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-FSWt8FRj-1681919435415)(assets/image-20210725152700914.png)]
完整流程描述:
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。如图:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qTqZwos8-1681919435416)(assets/image-20210725153201086.png)]
那么master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?
master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?
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。
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:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Vevc5MZp-1681919435417)(assets/image-20210725153359022.png)]
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:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-R0QhuZG2-1681919435418)(assets/image-20210725153524190.png)]
直到数组被填满:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-cqGj3Mvm-1681919435420)(assets/image-20210725153715910.png)]
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。
但是,如果slave出现网络阻塞,导致master的offset远远超过了slave的offset:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-wmN14LgJ-1681919435421)(assets/image-20210725153937031.png)]
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:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZBmfXhKZ-1681919435422)(assets/image-20210725154155984.png)]
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。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZjIErmjK-1681919435423)(assets/image-20210725154216392.png)]
主从同步可以保证主从数据的一致性,非常重要。
可以从以下几个方面来优化Redis主从就集群:
主从从架构图:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-J5LwhK9C-1681919435424)(assets/image-20210725154405899.png)]
简述全量同步和增量同步区别?
什么时候执行全量同步?
什么时候执行增量同步?
Redis提供了哨兵(Sentinel)机制来实现主从集群的自动故障恢复。
哨兵的结构如图:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MFVzL2Iv-1681919435425)(assets/image-20210725154528072.png)]
哨兵的作用如下:
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。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GOWn7nBL-1681919435426)(assets/image-20210725154632354.png)]
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:
当选出一个新的master后,该如何实现切换呢?
流程如下:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UxGtCfNA-1681919435427)(assets/image-20210725154816841.png)]
Sentinel的三个作用是什么?
Sentinel如何判断一个redis实例是否健康?
故障转移步骤有哪些?
具体搭建流程参考课前资料《Redis集群.md》:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GmWrtPD0-1681919435428)(assets/image-20210725155019276.png)]
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。
首先,我们引入课前资料提供的Demo工程:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JfgRpWPs-1681919435429)(assets/image-20210725155124958.png)]
在项目的pom文件中引入依赖:
<dependency>
<groupId>org.springframework.bootgroupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redisartifactId>
dependency>
然后在配置文件application.yml中指定redis的sentinel相关信息:
spring:
redis:
sentinel:
master: mymaster
nodes:
- 192.168.150.101:27001
- 192.168.150.101:27002
- 192.168.150.101:27003
在项目的启动类中,添加一个新的bean:
@Bean
public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer clientConfigurationBuilderCustomizer(){
return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED);
}
这个bean中配置的就是读写策略,包括四种:
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
使用分片集群可以解决上述问题,如图:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-v9uDDSNv-1681919435431)(assets/image-20210725155747294.png)]
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
具体搭建流程参考课前资料《Redis集群.md》:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-m7u4pZLi-1681919435432)(assets/image-20210725155806288.png)]
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:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ErTG6qA4-1681919435433)(assets/image-20210725155820320.png)]
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:
例如:key是num,那么就根据num计算,如果是{itcast}num,则根据itcast计算。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。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HnNzikh6-1681919435434)(assets/image-20210725155850200.png)]
如图,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103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
Redis如何判断某个key应该在哪个实例?
如何将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例?
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:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JILr4I9S-1681919435435)(assets/image-20210725160138290.png)]
比如,添加节点的命令:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JXKT20w7-1681919435435)(assets/image-20210725160448139.png)]
需求:向集群中添加一个新的master节点,并向其中存储 num = 10
这里需要两个新的功能:
创建一个文件夹:
mkdir 7004
拷贝配置文件:
cp redis.conf /7004
修改配置文件:
sed /s/6379/7004/g 7004/redis.conf
启动
redis-server 7004/redis.conf
添加节点的语法如下:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-yLmnpdGA-1681919435437)(assets/image-20210725160448139.png)]
执行命令:
redis-cli --cluster add-node 192.168.150.101:7004 192.168.150.101:7001
通过命令查看集群状态:
redis-cli -p 7001 cluster nodes
如图,7004加入了集群,并且默认是一个master节点:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9UVpoBsB-1681919435438)(assets/image-20210725161007099.png)]
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
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:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-A7TpnUGO-1681919435439)(assets/image-20210725161241793.png)]
如上图所示,num的插槽为2765.
我们可以将0~3000的插槽从7001转移到7004,命令格式如下:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-G3WrjgfH-1681919435441)(assets/image-20210725161401925.png)]
具体命令如下:
建立连接:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-KofXfLxS-1681919435442)(assets/image-20210725161506241.png)]
得到下面的反馈:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-p9xnjjxa-1681919435442)(assets/image-20210725161540841.png)]
询问要移动多少个插槽,我们计划是3000个:
新的问题来了:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-C4JK8vDc-1681919435443)(assets/image-20210725161637152.png)]
那个node来接收这些插槽??
显然是7004,那么7004节点的id是多少呢?
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GjPcmC7m-1681919435444)(assets/image-20210725161731738.png)]
复制这个id,然后拷贝到刚才的控制台后:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7YUN4VUE-1681919435445)(assets/image-20210725161817642.png)]
这里询问,你的插槽是从哪里移动过来的?
这里我们要从7001获取,因此填写7001的id:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-sMbOwkkG-1681919435446)(assets/image-20210725162030478.png)]
填完后,点击done,这样插槽转移就准备好了:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-8IdDyQ7F-1681919435447)(assets/image-20210725162101228.png)]
确认要转移吗?输入yes:
然后,通过命令查看结果:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DHmwG9mC-1681919435447)(assets/image-20210725162145497.png)]
可以看到:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Sw5SqzDO-1681919435448)(assets/image-20210725162224058.png)]
目的达成。
集群初识状态是这样的:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-b3zk7O4v-1681919435449)(assets/image-20210727161152065.png)]
其中7001、7002、7003都是master,我们计划让7002宕机。
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
1)首先是该实例与其它实例失去连接
2)然后是疑似宕机:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LnikbuBg-1681919435451)(assets/image-20210725162319490.png)]
3)最后是确定下线,自动提升一个slave为新的master:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fIvUjcqN-1681919435452)(assets/image-20210725162408979.png)]
4)当7002再次启动,就会变为一个slave节点了:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Ka3ZNKkm-1681919435453)(assets/image-20210727160803386.png)]
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。其流程如下:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OFOAJ7aI-1681919435454)(assets/image-20210725162441407.png)]
这种failover命令可以指定三种模式:
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
步骤如下:
1)利用redis-cli连接7002这个节点
2)执行cluster failover命令
如图:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vi90EMts-1681919435455)(assets/image-20210727160037766.png)]
效果:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-lrdEkZT9-1681919435456)(assets/image-20210727161152065.png)]
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
2)配置分片集群地址
3)配置读写分离
与哨兵模式相比,其中只有分片集群的配置方式略有差异,如下:
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
,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。其流程如下:
[外链图片转存中…(img-OFOAJ7aI-1681919435454)]
这种failover命令可以指定三种模式:
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
步骤如下:
1)利用redis-cli连接7002这个节点
2)执行cluster failover命令
如图:
[外链图片转存中…(img-vi90EMts-1681919435455)]
效果:
[外链图片转存中…(img-lrdEkZT9-1681919435456)]
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
2)配置分片集群地址
3)配置读写分离
与哨兵模式相比,其中只有分片集群的配置方式略有差异,如下:
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