– 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:
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。
Redis停机时会执行一次RDB。
Redis内部有触发RDB的机制,可以在redis.conf文件中找到,格式如下:
RDB的其它配置也可以在redis.conf文件中设置:
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-9auWz7oi-1692354289144)(C:\Users\captaindeng\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230817140743459.png)]
RDB方式bgsave的基本流程?
RDB会在什么时候执行?
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
AOF默认是关闭的,需要修改redis.conf配置文件来开启AOF:
AOF的命令记录的频率也可以通过redis.conf文件来配:
[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-pkPcdXYV-1692354289145)(C:\Users\captaindeng\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230817144856449.png)]
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 |
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。
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:
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 |
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。
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 |
准备实例和配置
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
我们创建三个文件夹,名字分别叫7001、7002、7003:
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003
如图:
2)恢复原始配置
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
# save ""
save 3600 1
save 300 100
save 60 10000
# 关闭AOF
appendonly no
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(在/tmp目录执行下列命令):
# 方式一:逐个拷贝
cp redis-6.2.4/redis.conf 7001
cp redis-6.2.4/redis.conf 7002
cp 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 redis-6.2.4/redis.conf
4)修改每个实例的端口、工作目录
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(在/tmp目录执行下列命令):
sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7001\//g' 7001/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7002\//g' 7002/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7003\//g' 7003/redis.conf
5)修改每个实例的声明IP
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:
# 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(在/tmp目录执行下列命令):
# 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
# 或者一键修改
printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' {}/redis.conf
启动
为了方便查看日志,我们打开3个ssh窗口,分别启动3个redis实例,启动命令:
# 第1个
redis-server 7001/redis.conf
# 第2个
redis-server 7002/redis.conf
# 第3个
redis-server 7003/redis.conf
启动后:
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
开启主从关系
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)
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。
这里我们为了演示方便,使用方式二。
通过redis-cli命令连接7002,执行下面命令:
# 连接 7002
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
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
结果:
测试
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。
主从第一次同步是全量同步:
master如何判断slave是不是第一次来同步数据?
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
简述全量同步的流程?
主从第一次同步是全量同步,但如果slave重启后同步,则执行增量同步
[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-Qv8gWjxp-1692354289145)(C:\Users\captaindeng\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230817161911269.png)]
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。
可以从以下几个方面来优化Redis主从集群:
Redis提供了哨兵(Sentinel)机制来实现主从集群的自动故障恢复。哨兵的结构和作用如下:
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:
选举新的master
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:
如何实现故障转移
当选中了其中一个slave为新的master后(例如slave1),故障的转移的步骤如下:
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 |
准备实例和配置
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。
我们创建三个文件夹,名字分别叫s1、s2、s3:
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir s1 s2 s3
如图:
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 "/tmp/s1"
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值然后将s1/sentinel.conf文件拷贝到s2、s3两个目录中(在/tmp目录执行下列命令):
# 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
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:
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
启动
为了方便查看日志,我们打开3个ssh窗口,分别启动3个redis实例,启动命令:
# 第1个
redis-sentinel s1/sentinel.conf
# 第2个
redis-sentinel s2/sentinel.conf
# 第3个
redis-sentinel s3/sentinel.conf
启动后:
测试
尝试让master节点7001宕机,查看sentinel日志:
查看7003的日志:
查看7002的日志:
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。
1.在pom文件中引入redis的starter依赖:
<dependency>
<groupId>org.springframework.bootgroupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redisartifactId>
dependency>
2.然后在配置文件application.yml中指定sentinel相关信息:
spring:
redis:
sentinel:
master: mymaster
nodes:
- 192.168.200.128:27001
- 192.168.200.128:27002
- 192.168.200.128:27003
3.配置主从读写分离
@Bean
public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer clientConfigurationBuilderCustomizer() {
return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED);
}
ReadFrom是配置Redis的读取策略,是一个枚举,包括下面选择:
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:
使用分片集群可以解决上述问题,分片集群特征:
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
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 |
准备实例和配置
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/tmp目录
cd /tmp
# 删除旧的,避免配置干扰
rm -rf 7001 7002 7003
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003
在/tmp下准备一个新的redis.conf文件,内容如下:
port 6379
# 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 /tmp/6379/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 /tmp/6379
# 绑定地址
bind 0.0.0.0
# 让redis后台运行
daemonize yes
# 注册的实例ip
replica-announce-ip 192.168.150.101
# 保护模式
protected-mode no
# 数据库数量
databases 1
# 日志
logfile /tmp/6379/run.log
将这个文件拷贝到每个目录下:
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 执行拷贝
echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf
修改每个目录下的redis.conf,将其中的6379修改为与所在目录一致:
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 修改配置文件
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t sed -i 's/6379/{}/g' {}/redis.conf
启动
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/tmp目录
cd /tmp
# 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
发现服务都已经正常启动:
如果要关闭所有进程,可以执行命令:
ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill
或者(推荐这种方式):
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown
创建集群
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Redis5.0之前创建集群比较麻烦,5.0之后集群管理命令都集成到了redis-cli中。
1)Redis5.0之前
Redis5.0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
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
2)Redis5.0以后
集群管理以及集成到了redis-cli中,格式如下:
redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.200.128:7001 192.168.200.128:7002 192.168.200.128:7003 192.168.200.128:8001 192.168.200.128:8002 192.168.200.128:8003
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运行后的样子:
这里输入yes,则集群开始创建:
通过命令可以查看集群状态:
redis-cli -p 7001 cluster nodes
测试
尝试连接7001节点,存储一个数据:
# 连接
redis-cli -p 7001
# 存储数据
set num 123
# 读取数据
get num
# 再次存储
set a 1
结果悲剧了:
集群操作时,需要给redis-cli
加上-c
参数才可以:
redis-cli -c -p 7001
这次可以了:
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:
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。
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?
添加一个节点到集群
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:
比如,添加节点的命令:
案例:向集群中添加一个新的master节点,并向其中存储 num = 10
需求:
# 在tmp目录下,创建新的7004目录
mkdir 7004
# 拷贝redis.conf到7004目录下
cp redis.conf 7004
# 将redis.conf的端口号全部替换成7004
sed -i s/6379/7004/g 7004/redis.conf
# 启动7004的redis
redis-server 7004/redis.conf
# 添加7004到之前的集群中
redis-cli --cluster add-node 192.168.200.128:7004 192.168.200.128:7001
# 将7001的部分插槽移至7004
redis-cli --cluster reshard 192.168.200.128:7001
# 提示输入要移动多少个插槽:3000
# 提示输入接收插槽的id:输入7004 redis的id
# 提示输入从那个插槽移动:输入7001 redis的id
# 输入 done
# 输入 yes
# 查看插槽,是否移动成功
redis-cli -p 7001 cluster nodes
# 将num存入redis中
redis-cli -c -p 7004
# set num 10
案例:删除集群中的一个节点
需求:删除7004这个实例
# 将7004的全部插槽移至7001
redis-cli --cluster reshard 192.168.200.128:7001
# 提示输入要移动多少个插槽:3000
# 提示输入接收插槽的id:输入7001 redis的id
# 提示输入从那个插槽移动:输入7004 redis的id
# 输入 done
# 输入 yes
# 查看插槽,是否移动成功。并获取7004的id
redis-cli -p 7001 cluster nodes
# 删除7004节点:redis-cli --cluster del-node nodeId
redis-cli --cluster del-node 192.168.200.128:7004 08af8f1fedc0d211bbb94225d3cef59efd75aa6a
Redis集群拥有自动主从切换的功能,无需使用哨兵
当集群中有一个master宕机会发生什么呢?
1.首先是该实例与其它实例失去连接
2.然后是疑似宕机:
3.最后是确定下线,自动提升一个slave为新的master:
数据迁移
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:
手动的Failover支持三种不同模式:
案例: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:
# 进入redis 7002的控制台
redis-cli -p 7002
# 在控制台输入 cluster failover
# 7002将成为master
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:
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:
- 192.168.200.128:7001
- 192.168.200.128:7002
- 192.168.200.128:7003
- 192.168.200.128:8001
- 192.168.200.128:8002
- 192.168.200.128:8003