Redis - 11、集群（Cluster）

1、存在的问题

单台redis容量限制，如何进行扩容？继续加内存、加硬件么？
单台redis并发写量太大有性能瓶颈，如何解决？
redis3.0中提供了集群可以解决这些问题。

2、什么是集群

redis集群是对redis的水平扩容，即启动N个redis节点，将整个数据分布存储在这个N个节点中，每个节点存储总数据的1/N。

如下图：由3台master和3台slave组成的redis集群，每台master承接客户端三分之一请求和写入的数据，当master挂掉后，slave会自动替代master，做到高可用。

3、集群如何配置？

3.1、需求：配置3主3从集群

下面我们来配置一个3主3从的集群，每个主下面挂一个slave，master挂掉后，slave会被提升为master。

为了方便，我们在一台机器上进行模拟，我的机器ip是：192.168.200.129，通过端口来区分6个不同的节点，配置信息如下

3.2、创建案例工作目录：cluster

执行下面命令创建 /opt/cluster 目录，本次所有操作，均在 cluster 目录进行。

# 方便演示，停止所有的redis
ps -ef | grep redis | awk -F" " '{print $2;}' | xargs kill -9
mkdir /opt/cluster
cd /opt/cluster/

3.3、将redis.conf复制到cluster目录

redis.conf 是redis默认配置文件

cp /opt/redis-6.2.1/redis.conf /opt/cluster/

3.4、创建master1的配置文件：redis-6379.conf

在/opt/cluster目录创建 redis-6379.conf 文件，内容如下，注意 192.168.200.129 是这个测试机器的ip，大家需要替换为自己的

include /opt/cluster/redis.conf
daemonize yes
bind 192.168.200.129
dir /opt/cluster/

port 6379
dbfilename dump_6379.rdb
pidfile /var/run/redis_6379.pid
logfile "./6379.log"

# 开启集群设置
cluster-enabled yes
# 设置节点配置文件
cluster-config-file node-6379.conf
# 设置节点失联时间，超过该时间(毫秒)，集群自动进行主从切换
cluster-node-timeout 15000

3.5、创建master2的配置文件：redis-6380.conf

在/opt/cluster目录创建 redis-6380.conf 文件，内容如下，和上面master的类似，只是将6379换成6380了

include /opt/cluster/redis.conf
daemonize yes
bind 192.168.200.129
dir /opt/cluster/

port 6380
dbfilename dump_6380.rdb
pidfile /var/run/redis_6380.pid
logfile "./6380.log"

# 开启集群设置
cluster-enabled yes
# 设置节点配置文件
cluster-config-file node-6380.conf
# 设置节点失联时间，超过该时间(毫秒)，集群自动进行主从切换
cluster-node-timeout 15000

3.6、创建master3的配置文件：redis-6381.conf

在/opt/cluster目录创建 redis-6381.conf 文件，内容如下

include /opt/cluster/redis.conf
daemonize yes
bind 192.168.200.129
dir /opt/cluster/

port 6381
dbfilename dump_6381.rdb
pidfile /var/run/redis_6381.pid
logfile "./6381.log"

# 开启集群设置
cluster-enabled yes
# 设置节点配置文件
cluster-config-file node-6381.conf
# 设置节点失联时间，超过该时间(毫秒)，集群自动进行主从切换
cluster-node-timeout 15000

3.7、创建slave1的配置文件：redis-6389.conf

在/opt/cluster目录创建 redis-6389.conf 文件，内容如下

include /opt/cluster/redis.conf
daemonize yes
bind 192.168.200.129
dir /opt/cluster/

port 6389
dbfilename dump_6389.rdb
pidfile /var/run/redis_6389.pid
logfile "./6389.log"

# 开启集群设置
cluster-enabled yes
# 设置节点配置文件
cluster-config-file node-6389.conf
# 设置节点失联时间，超过该时间(毫秒)，集群自动进行主从切换
cluster-node-timeout 15000

3.8、创建slave2的配置文件：redis-6390.conf

在/opt/cluster目录创建 redis-6390.conf 文件，内容如下

include /opt/cluster/redis.conf
daemonize yes
bind 192.168.200.129
dir /opt/cluster/

port 6390
dbfilename dump_6390.rdb
pidfile /var/run/redis_6390.pid
logfile "./6390.log"

# 开启集群设置
cluster-enabled yes
# 设置节点配置文件
cluster-config-file node-6390.conf
# 设置节点失联时间，超过该时间(毫秒)，集群自动进行主从切换
cluster-node-timeout 15000

3.9、创建slave3的配置文件：redis-6391.conf

在/opt/cluster目录创建 redis-6391.conf 文件，内容如下

include /opt/cluster/redis.conf
daemonize yes
bind 192.168.200.129
dir /opt/cluster/

port 6391
dbfilename dump_6391.rdb
pidfile /var/run/redis_6391.pid
logfile "./6391.log"

# 开启集群设置
cluster-enabled yes
# 设置节点配置文件
cluster-config-file node-6391.conf
# 设置节点失联时间，超过该时间(毫秒)，集群自动进行主从切换
cluster-node-timeout 15000

3.10、启动master、slave1、slave2

# 方便演示，停止所有的redis
ps -ef | grep redis | awk -F" " '{print $2;}' | xargs kill -9
# 下面启动6个redis
redis-server /opt/cluster/redis-6379.conf
redis-server /opt/cluster/redis-6380.conf
redis-server /opt/cluster/redis-6381.conf
redis-server /opt/cluster/redis-6389.conf
redis-server /opt/cluster/redis-6390.conf
redis-server /opt/cluster/redis-6391.conf

3.11、查看6个redis的启动情况

ps -ef | grep redis

3.12、确保node-xxxx.conf文件已正常生成

稍后我们会将6个实例合并到一个集群，在组合之前，我们要确保6个redis实例启动后，nodes-xxxx.conf文件都生成正常，如下， /opt/cluster 目录中确实都生成成功了

3.13、将6个节点合成一个集群

执行下面命令，将6个redis合体

/opt/redis-6.2.1/src/redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1192.168.200.129:6379 192.168.200.129:6380 192.168.200.129:6381 192.168.200.129:6389 192.168.200.129:6390 192.168.200.129:6391

• 合体的命令后面会跟上所有节点的ip:port列表，多个之间用空格隔开，注意ip不要写127.0.0.1，要写真实ip
• --cluster-replicas 1：表示采用最简单的方式配置集群，即每个master配1个slave，6个节点就形成了3主3从

 执行过程如下，期间会让我们确定是否同样这样的分配方式，输入：yes，然后等几秒，集群合体成功

[root@hspEdu01 src]# redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.200.129:6379 192.168.200.129:6380 192.168.200.129:6381 192.168.200.129:6389 192.168.200.129:6390 192.168.200.129:6391
>>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
Master[0] -> Slots 0 - 5460
Master[1] -> Slots 5461 - 10922
Master[2] -> Slots 10923 - 16383
Adding replica 192.168.200.129:6390 to 192.168.200.129:6379
Adding replica 192.168.200.129:6391 to 192.168.200.129:6380
Adding replica 192.168.200.129:6389 to 192.168.200.129:6381
>>> Trying to optimize slaves allocation for anti-affinity
[WARNING] Some slaves are in the same host as their master
M: ccf3abb791e026380ad3ad2a166aa788df738437 192.168.200.129:6379
slots:[0-5460] (5461 slots) master
M: 3c372392d5a91dad64a6febadfe9524ea2cbd8c0 192.168.200.129:6380
slots:[5461-10922] (5462 slots) master
M: 2c905be9c975be367bd66c962167beca1ef66af3 192.168.200.129:6381
slots:[10923-16383] (5461 slots) master
S: 4a0f860081b969162767aac26801994de54d80a5 192.168.200.129:6389
replicates ccf3abb791e026380ad3ad2a166aa788df738437
S: 62c9f37a362459c212e8af6dd744b6562f5fe6a7 192.168.200.129:6390
replicates 3c372392d5a91dad64a6febadfe9524ea2cbd8c0
S: a2f89efc09681520f9d9502707b18e1f46a40b90 192.168.200.129:6391
replicates 2c905be9c975be367bd66c962167beca1ef66af3
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes
>>> Nodes configuration updated
>>> Assign a different config epoch to each node
>>> Sending CLUSTER MEET messages to join the cluster
Waiting for the cluster to join
.
>>> Performing Cluster Check (using node 192.168.200.129:6379)
M: ccf3abb791e026380ad3ad2a166aa788df738437 192.168.200.129:6379
slots:[0-5460] (5461 slots) master
1 additional replica(s)
M: 2c905be9c975be367bd66c962167beca1ef66af3 192.168.200.129:6381
slots:[10923-16383] (5461 slots) master
1 additional replica(s)
S: 62c9f37a362459c212e8af6dd744b6562f5fe6a7 192.168.200.129:6390
slots: (0 slots) slave
replicates 3c372392d5a91dad64a6febadfe9524ea2cbd8c0
M: 3c372392d5a91dad64a6febadfe9524ea2cbd8c0 192.168.200.129:6380
slots:[5461-10922] (5462 slots) master
1 additional replica(s)
S: 4a0f860081b969162767aac26801994de54d80a5 192.168.200.129:6389
slots: (0 slots) slave
replicates ccf3abb791e026380ad3ad2a166aa788df738437
S: a2f89efc09681520f9d9502707b18e1f46a40b90 192.168.200.129:6391
slots: (0 slots) slave
replicates 2c905be9c975be367bd66c962167beca1ef66af3
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.

3.14、连接集群节点，查看集群信息：cluster nodes

需要使用 redis-cli -c 命令连接集群中6个节点中任何一个节点都可以，注意和之前的连接参数有点不同 redis-cli 命令后面多了一个 -c 参数，表示采用集群的方式连接，连上以后，然后使用 clusternodes 可以查看集群节点信息，如下

192.168.200.129:6379> cluster nodes
2c905be9c975be367bd66c962167beca1ef66af3 192.168.200.129:6381@16381 master - 0
1650194157604 3 connected 10923-16383
62c9f37a362459c212e8af6dd744b6562f5fe6a7 192.168.200.129:6390@16390 slave
3c372392d5a91dad64a6febadfe9524ea2cbd8c0 0 1650194158611 2 connected
3c372392d5a91dad64a6febadfe9524ea2cbd8c0 192.168.200.129:6380@16380 master - 0
1650194158000 2 connected 5461-10922
4a0f860081b969162767aac26801994de54d80a5 192.168.200.129:6389@16389 slave
ccf3abb791e026380ad3ad2a166aa788df738437 0 1650194156000 1 connected
ccf3abb791e026380ad3ad2a166aa788df738437 192.168.200.129:6379@16379
myself,master - 0 1650194157000 1 connected 0-5460
a2f89efc09681520f9d9502707b18e1f46a40b90 192.168.200.129:6391@16391 slave
2c905be9c975be367bd66c962167beca1ef66af3 0 1650194159617 3 connected
192.168.200.129:6379>

如下图，对 cluster nodes 的结果做下解释，先看下红字的注释，集群中的每个节点都会生成一个ID，这个ID信息会被写到node-xxxx.conf文件中，为什么要生成id呢？

因为节点的ip和端口可能会发生变化，但是节点的ID是不会变的，其他节点可以通过其他节点的ID来认识各个节点。

3.15、验证集群数据的读写操作

如下，我们连接 6379 这个节点，然后执行一个set操作，效果如下，写入成功

[root@hspEdu01 cluster]# redis-cli -c -h 192.168.200.129 -p 6379
192.168.200.129:6379> set name ready
-> Redirected to slot [5798] located at 192.168.200.129:6380
OK
192.168.200.129:6380>

大家可能注意到了，我们明明在 6379 上操作的，但是请求被转发到了6380这个节点去处理了，这里就是我们后面要说的slot的知识了，先向后看。

4、redis集群如何分配这6个节点？

一个集群至少有3个主节点，因为新master的选举需要大于半数的集群master节点同意才能选举成功，如果只有两个master节点，当其中一个挂了，是达不到选举新master的条件的。

选项--cluster-replicas 1表示我们希望为集群中的每个主节点创建一个从节点。

分配原则尽量保证每个主库运行在不同的ip，每个主库和从库不在一个ip上，这样才能做到高可用。

5、什么是slots（槽）

如下图，咱们再来看看集群合并的过程中输出的一些信息

 Redis集群内部划分了16384个slots（插槽），合并的时候，会将每个slots映射到一个master上面，比如上面3个master和slots的关系如下：

redis主节点	槽位范围
master1(端口：6379)	[0-5460]，插槽的位置从0开始的，0表示第1个插槽
master2(端口：6380)	[5460-10922]
master3(端口：6381)	[10923-16383]
slave1,slave2,slave3	从节点没有槽位，slave是用来对master做替补的

而数据库中的每个key都属于16384个slots中的其中1个，当通过key读写数据的时候，redis需要先根据key计算出key对应的slots，然后根据slots和master的映射关系找到对应的redis节点，key对应的数据就在这个节点上面。

集群中使用公式 CRC16(key)%16384 计算key属于哪个槽

6、在集群中录入值

在 redis-cli 每次录入、查询键值，redis都会计算key对应的插槽，如果不是当前redis节点的插槽，redis会报错，并告知应前往的redis实例地址和端口，效果如下，我们连接了6379这个实例来操作k1，这个节点发现k1的槽位在6381上面，返回了错误信息，怎么办呢？

[root@hspEdu01 cluster]# redis-cli -h 192.168.200.129 -p 6379
192.168.200.129:6379> set k1 v1
(error) MOVED 12706 192.168.200.129:6381

使用redis-cli客户端提供了-c参数可以解决这个问题，表示以集群方式执行，执行命令的时候当前节点处理不了的时候，会自动将请求重定向到目标节点，效果如下，被重定向到6381了

[root@hspEdu01 cluster]# redis-cli -c -h 192.168.200.129 -p 6379
192.168.200.129:6379> set k1 v1
-> Redirected to slot [12706] located at 192.168.200.129:6381
OK
192.168.200.129:6381>

同样，执行get会被重定向，效果如下

[root@hspEdu01 cluster]# redis-cli -c -h 192.168.200.129 -p 6379
192.168.200.129:6379> get k1
-> Redirected to slot [12706] located at 192.168.200.129:6381
"v1"
192.168.200.129:6381>

不在一个slot下面，不能使用mget、mset等多键操作，效果如下

192.168.200.129:6381> mset k1 v1 k2 v2
(error) CROSSSLOT Keys in request don't hash to the same slot
192.168.200.129:6381> mget k1 k2
(error) CROSSSLOT Keys in request don't hash to the same slot

可以通过{}来定义组的概念，从而使key中{}内相同的键值放到一个slot中去，效果如下

192.168.200.129:6381> mset k1{g1} v1 k2{g1} v2 k3{g1} v3
OK
192.168.200.129:6381> mget k1{g1} k2{g1} k3{g1}
1) "v1"
2) "v2"
3) "v3"

7、slot相关的一些命令

• cluster keyslot ：计算key对应的slot
• cluster coutkeysinslot ：获取slot槽位中key的个数
• cluster getkeysinslot 返回count个slot槽中的键

192.168.200.129:6381> cluster keyslot k1{g1}
(integer) 13519
192.168.200.129:6381> cluster countkeysinslot 13519
(integer) 3
192.168.200.129:6381> cluster getkeysinslot 13519 3
1) "k1{g1}"
2) "k2{g1}"
3) "k3{g1}"

8、故障恢复

如果主节点下线，从节点是否能够提升为主节点？注意：要等15秒
下面我们来试试，如下，连接master1，然后将master1停掉

[root@hspEdu01 cluster]# redis-cli -c -h 192.168.200.129 -p 6379
192.168.200.129:6379> shutdown
not connected>

执行下面命令，连接master1，看下集群节点的信息

redis-cli -c -h 192.168.200.129 -p 6380
cluster nodes

输出如下，可以看到slave1（6389）确实变成master了，而它原来的master：master1（6379）下线了

下面我们再来启动6379，然后再看看集群变成什么样了，命令如下

[root@hspEdu01 cluster]# redis-server /opt/cluster/redis-6379.conf
[root@hspEdu01 cluster]# redis-cli -c -h 192.168.200.129 -p 6379
192.168.200.129:6379> cluster nodes

执行结果如下，6379变成slave了，挂在了6389下面了

 如果某一段插槽的主从都宕机了，redis服务是否还能继续？

这个时候要看 cluster-require-full-coverage 参数的值了

• yes(默认值)：整个集群都都无法提供服务了
• no：宕机的这部分槽位数据全部不能使用，其他槽位正常

9、SpringBoot整合redis集群

9.1、引入redis的maven配置

    org.springframework.boot
    spring-boot-starter-data-redis

9.2、application.properties中配置redis cluster信息

# 集群节点(host:port)，多个之间用逗号隔开
spring.redis.cluster.nodes=192.168.200.129:6379,192.168.200.129:6380,192.168.200.129:6381,192.168.200.129:6389,192.168.200.129:6390,192.168.200.129:6391
# 连接超时时间（毫秒）
spring.redis.timeout=60000

9.3、使用RedisTemplate工具类操作redis

springboot中使用RedisTemplate来操作redis，需要在我们的bean中注入这个对象，代码如下：

@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;

// 用下面5个对象来操作对应的类型
this.redisTemplate.opsForValue(); //提供了操作string类型的所有方法
this.redisTemplate.opsForList(); // 提供了操作list类型的所有方法
this.redisTemplate.opsForSet(); //提供了操作set的所有方法
this.redisTemplate.opsForHash(); //提供了操作hash表的所有方法
this.redisTemplate.opsForZSet(); //提供了操作zset的所有方法

9.4、RedisTemplate示例代码

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.http.MediaType;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

/**
 * @className RedisController
 * @date 2022/6/21
 **/
@RestController
@RequestMapping("/redis")
public class RedisController {
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    /**
     * string测试
     * @return
     */
    @RequestMapping("/stringTest")
    public String stringTest() {
        this.redisTemplate.delete("name");
        this.redisTemplate.opsForValue().set("name", "路人");
        String name = this.redisTemplate.opsForValue().get("name");
        return name;
    }

    /**
     * list测试
     * @return
     */
    @RequestMapping("/listTest")
    public List listTest() {
        this.redisTemplate.delete("names");
        this.redisTemplate.opsForList().rightPushAll("names", "刘德华", "张学友", "郭富城", "黎明");
        List courses = this.redisTemplate.opsForList().range("names", 0, -1);
        return courses;
    }

    /**
     * set类型测试
     * @return
     */
    @RequestMapping("setTest")
    public Set setTest() {
        this.redisTemplate.delete("courses");
        this.redisTemplate.opsForSet().add("courses", "java", "spring", "springboot");
        Set courses = this.redisTemplate.opsForSet().members("courses");
        return courses;
    }

    /**
     * hash类型测试
     * @return
     */
    @RequestMapping("hashTest")
    public Map hashTest() {
        this.redisTemplate.delete("userMap");
        Map map = new HashMap<>();
        map.put("name", "路人");
        map.put("age", "30");
        this.redisTemplate.opsForHash().putAll("userMap", map);
        Map userMap = this.redisTemplate.opsForHash().entries("userMap");
        return userMap;
    }

    /**
     * zset类型测试
     * @return
     */
    @RequestMapping("zsetTest")
    public Set zsetTest() {
        this.redisTemplate.delete("languages");
        this.redisTemplate.opsForZSet().add("languages", "java", 100d);
        this.redisTemplate.opsForZSet().add("languages", "c", 95d);
        this.redisTemplate.opsForZSet().add("languages", "php", 70);
        Set languages = this.redisTemplate.opsForZSet().range("languages", 0, -1);
        return languages;
    }

    /**
     * 查看redis机器信息
     * @return
     */
    @RequestMapping(value = "/info", produces = MediaType.TEXT_PLAIN_VALUE)
    public String info() {
        return this.redisTemplate.execute((RedisCallback) connection ->
                String.valueOf(connection.execute("info")));
    }

}