《Redis 核心技术与实战》课程学习笔记（六）

哨兵集群

哨兵机制的基本流程

• 在 Redis 主从集群中，哨兵机制是实现主从库自动切换的关键机制。

• 哨兵其实就是一个运行在特殊模式下的 Redis 进程，主从库实例运行的同时，它也在运行。哨兵主要负责的就是三个任务：监控、选主（选择主库）和通知。
  

  • 监控
    • 哨兵进程在运行时，周期性地给所有的主从库发送 PING 命令，检测它们是否仍然在线运行。
    • 如果从库没有在规定时间内响应哨兵的 PING 命令，哨兵就会把它标记为“下线状态”。
    • 同样，如果主库也没有在规定时间内响应哨兵的 PING 命令，哨兵就会判定主库下线，然后开始自动切换主库的流程。
  • 选主
    • 主库挂了以后，哨兵就需要从很多个从库里，按照一定的规则选择⼀个从库实例，把它作为新的主库。
    • 这⼀步完成后，现在的集群里就有了新主库。
  • 通知
    • 在执行通知任务时，哨兵会把新主库的连接信息发给其他从库，让它们执行 replicaof 命令，和新主库建立连接，并进行数据复制。
    • 同时，哨兵会把新主库的连接信息通知给客户端，让它们把请求操作发到新主库上。

主观下线和客观下线

• 哨兵进程会使用 PING 命令检测它自己和主、从库的网络连接情况，用来判断实例的状态。
• 如果哨兵发现主库或从库对 PING 命令的响应超时了，那么，哨兵就会先把它标记为“主观下线”。
  • 如果检测的是从库，那么，哨兵简单地把它标记为“主观下线”就行了，因为从库的下线影响一般不太大，集群的对外服务不会间断。
  • 但是，如果检测的是主库，那么，哨兵还不能简单地把它标记为“主观下线”，开启主从切换。因为很有可能哨兵误判了，其实主库并没有故障。一旦启动了主从切换，后续的选主和通知操作都会带来额外的计算和通信开销。
    • 哨兵机制通常会采用多实例组成的集群模式进行部署，这也被称为哨兵集群。
    • 引入多个哨兵实例一起来判断，就可以避免单个哨兵因为自身网络状况不好，而误判主库下线的情况。
    • 同时，多个哨兵的网络同时不稳定的概率较小，由它们一起做决策，误判率也能降低。
    • 在判断主库是否下线时，不能由一个哨兵说了算，只有大多数的哨兵实例，都判断主库已经“主观下线”了，主库才会被标记为“客观下线”，这个叫法也是表明主库下线成为⼀个客观事实了。这个判断原则就是：少数服从多数。同时，这会进一步触发哨兵开始主从切换流程。

如何选定新主库？

• 哨兵选择新主库的过程称为“筛选+打分”。
  • 简单来说，我们在多个从库中，先按照一定的筛选条件，把不符合条件的从库去掉。
    • 一般情况下，我们肯定要先保证所选的从库仍然在线运行。
    • 除了要检查从库的当前在线状态，还要判断它之前的网络连接状态。
    • 如果从库总是和主库断连，而且断连次数超出了一定的阈值，我们就有理由相信，这个从库的网络状况并不是太好，就可以把这个从库筛掉了。
  • 然后，我们再按照一定的规则，给剩下的从库逐个打分，将得分最高的从库选为新主库。
    • 我们可以分别按照三个规则依次进行三轮打分，这三个规则分别是从库优先级、从库复制进度以及从库 ID号。
    • 只要在某一轮中，有从库得分最高，那么它就是主库了，选主过程到此结束。
    • 第一轮：优先级最高的从库得分高。
      • 可以通过 slave-priority 配置项，给不同的从库设置不同优先级。
    • 第二轮：和旧主库同步程度最接近的从库得分高。
      • 我们想要找的从库，它的 slave_repl_offset 需要最接近 master_repl_offset。
      • 如果在所有从库中，有从库的 slave_repl_offset 最接近 master_repl_offset，那么它的得分就最高，可以作为新主库。
    • 第三轮：ID 号小的从库得分高。
      • 在优先级和复制进度都相同的情况下，ID 号最小的从库得分最高，会被选为新主库。

哨兵集群：哨兵挂了，主从库还能切换吗？

• 实际上，一旦多个实例组成了哨兵集群，即使有哨兵实例出现故障挂掉了，其他哨兵还能继续协作完成主从库切换的工作，包括判定主库是不是处于下线状态，选择新主库，以及通知从库和客户端。
• 在配置哨兵的信息时，我们只需要用到sentinel monitor ，设置主库的 IP 和端口，并没有配置其他哨兵的连接信息。

基于 pub/sub 机制的哨兵集群组成

• 哨兵实例之间可以相互发现，要归功于 Redis 提供的 pub/sub 机制，也就是发布/订阅机制。
  

  • 哨兵只要和主库建立起了连接，就可以在主库上发布消息了，比如说发布它自己的连接信息（IP和端口）。
  • 同时，它也可以从主库上订阅消息，获得其他哨兵发布的连接信息。
  • 当多个哨兵实例都在主库上做了发布和订阅操作后，它们之间就能知道彼此的IP地址和端口。

• 为了区分不同应用的消息，Redis 会以频道的形式，对这些消息进行分门别类的管理。

  • 所谓的频道，实际上就是消息的类别。
  • 当消息类别相同时，它们就属于同一个频道。
  • 只有订阅了同一个频道的应用，才能通过发布的消息进行信息交换。

• 在主从集群中，主库上有一个名为 “sentinel:hello” 的频道，不同哨兵就是通过它来相互发现，实现互相通信的。

• 哨兵除了彼此之间建立起连接形成集群外，还需要和从库建立连接。这是因为，在哨兵的监控任务中，它需要对主从库都进行心跳判断，而且在主从库切换完成后，它还需要通知从库，让它们和新主库进行同步。

  • 哨兵是如何知道从库的 IP 地址和端口的呢？这是由哨兵向主库发送 INFO 命令来完成的。
  • 我们仍然可以依赖 pub/sub 机制，来帮助我们完成哨兵和客户端间的信息同步。

基于 pub/sub 机制的客户端事件通知

• 客户端读取哨兵的配置文件后，可以获得哨兵的地址和端口，和哨兵建立网络连接。
• 然后，我们可以在客户端执行订阅命令，来获取不同的事件消息。

由哪个哨兵执行主从切换？

• 任何一个实例只要自身判断主库“主观下线”后，就会给其他实例发送 is-master-down-by-addr 命令。
  • 接着，其他实例会根据自己和主库的连接情况，做出 Y 或 N 的响应，Y 相当于赞成票，N 相当于反对票。
  • 一个哨兵获得了仲裁所需的赞成票数后，就可以标记主库为“客观下线”。
  • 这个所需的赞成票数是通过哨兵配置文件中的 quorum 配置项设定的。
  • 此时，这个哨兵就可以再给其他哨兵发送命令，表明希望由自己来执行主从切换，并让所有其他哨兵进行投票。
  • 这个投票过程称为“Leader选举”。
  • 因为最终执行主从切换的哨兵称为 Leader，投票过程就是确定 Leader。
• 在投票过程中，任何一个想成为 Leader 的哨兵，要满足两个条件：第一，拿到半数以上的赞成票；第二，拿到的票数同时还需要大于等于哨兵配置文件中的 quorum 值。