Redis哨兵集群的介绍及搭建

Redis 是一款开源的、内存中的数据结构存储系统，它可以用作数据库、缓存和消息中间件。然而，作为一个单点服务，Redis 在面临硬件故障或者网络问题时可能会导致服务不可用。为了解决这个问题，Redis 提供了哨兵模式，一个高可用性解决方案。

在这篇博客中，我们将深入探讨 Redis 的哨兵模式。我们将首先介绍哨兵模式的基本概念，包括主节点、从节点和哨兵节点。然后，我们将详细解析哨兵模式下的主要流程，包括主观下线、客观下线、领导者选举和故障转移。

无论你是一个 Redis 的新手，还是一个有经验的开发者，我相信这篇博客都能帮助你更好地理解和使用 Redis 的哨兵模式。让我们开始吧！

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1、Redis哨兵模式介绍

1.1、Redis哨兵模式概述

Redis 哨兵模式是 Redis 提供的一种高可用解决方案。它通过使用哨兵节点来监控 Redis 主服务器和从服务器的运行状态，当主服务器出现故障时，哨兵可以自动将一个从服务器提升为新的主服务器，实现故障转移。

以下是 Redis 哨兵模式的主要特点：

1. 监控：哨兵会定期检查主服务器和从服务器是否正常运行，这包括检查是否能正常响应客户端的请求，以及主从服务器之间的数据复制是否正常。
2. 通知：当哨兵发现主服务器出现故障时，它可以通过 API 向管理员发送通知。
3. 自动故障转移：当主服务器出现故障时，哨兵会自动从从服务器中选举出一个新的主服务器，并让其他的从服务器开始复制新的主服务器。
4. 配置提供者：客户端可以向哨兵询问哪个服务器是当前的主服务器。这样，即使发生了故障转移，客户端也能找到正确的主服务器。

1.2、Redis主从复制与哨兵模式

主从复制模式在 Redis 中是一种常见的数据冗余和读取性能提升的方式，但它也存在一些不足之处：

1. 单点故障问题：在主从复制模式中，所有的写操作都是在主服务器上进行的，如果主服务器出现故障，那么整个 Redis 服务将无法处理写请求。
2. 故障恢复手动性：当主服务器出现故障后，需要手动将一个从服务器提升为新的主服务器，并修改应用程序的配置指向新的主服务器。这个过程可能需要一段时间，导致服务中断。
3. 数据一致性问题：在主服务器向从服务器复制数据的过程中，如果出现网络问题或者从服务器宕机，可能会导致主从服务器的数据不一致。

Redis 哨兵模式就是为了解决这些问题而设计的：

1. 自动故障转移：哨兵模式可以自动检测主服务器的状态，当主服务器出现故障时，哨兵会自动从从服务器中选举出一个新的主服务器，并让其他的从服务器开始复制新的主服务器。这个过程是自动进行的，无需人工干预，可以减少因主服务器故障导致的服务中断时间；
2. 避免单点故障：通过自动故障转移，哨兵模式可以避免单点故障问题。即使主服务器出现故障，Redis 服务仍然可以继续处理写请求；
3. 通知（Notification）： 哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端；
4. 提供服务发现功能：哨兵还提供了服务发现功能，客户端可以询问哨兵当前的主服务器是哪一个，这样即使发生了故障转移，客户端也能找到正确的主服务器。

1.3、Redis哨兵模式主要角色

在 Redis 哨兵模式中，主要有以下三种角色：

1. 主节点（Master）：主节点是 Redis 服务的主要提供者，它处理所有的写操作，并将数据复制到从节点。在正常情况下，所有的读写操作都由主节点处理；
2. 从节点（Slave）：从节点是主节点的备份，它从主节点复制数据，可以处理读操作。当主节点出现故障时，从节点可以被提升为新的主节点；
3. 哨兵节点（Sentinel）：哨兵节点是 Redis 高可用性的关键，它监控主节点和从节点的运行状态，当主节点出现故障时，哨兵节点会进行故障转移，选举一个新的主节点，并重新配置从节点。

在哨兵模式下，主节点、从节点和哨兵节点都可以是多个，形成一个分布式的、高可用的 Redis 服务。

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2、Redis哨兵模式原理

哨兵模式是通过哨兵节点完成对数据节点的监控、下线、故障转移。

2.1、Redis哨兵模式-定时监控

哨兵节点会定期检查主服务器和所有从服务器的运行状态，包括是否在线，是否能正常响应请求，主从数据复制是否正常等。

以下是哨兵模式下的定时监控的主要步骤：

1. 每隔（默认） 1 秒，每个 Sentinel 节点会向主节点、从节点以及其余 Sentinel 节点发送 PING 命令以检查它们是否在线。如果服务器正常响应了 PING 命令，那么哨兵节点就认为这个服务器是在线的。如果服务器没有响应，或者返回了错误，那么哨兵节点就认为这个服务器可能出现了故障；
2. 每隔（默认） 2 秒，每个 Sentinel 节点会向 Redis 数据节点的 __sentinel__:hello 频道发送消息，这个消息包含了该 Sentinel 节点对于主节点的判断以及当前 Sentinel 节点的信息；
3. 每隔（默认） 10 秒，每个 Sentinel 节点会定期（默认是每10秒）向主节点和所有从节点发送 INFO 命令，获取最新的拓扑结构和其他信息。INFO 命令可以返回 Redis 服务器的各种信息和统计数据，包括服务器的一般信息（例如 Redis 版本，启动时间，操作系统等），客户端连接的信息，内存使用情况，数据持久化的状态，主从复制的信息等。

2.2、Redis哨兵模式-主观&客观下载

在 Redis 哨兵模式中，"主观下线"和"客观下线"是两个重要的概念，它们是 Sentinel 节点判断主服务器是否出现故障的依据。

主观下线（Subjective Down）：每个 Sentinel 节点会定期（默认是每1秒）向主节点、从节点和其他 Sentinel 节点发送 PING 命令进行心跳检测。如果某个节点在 down-after-milliseconds 参数设定的时间内没有进行有效回复，Sentinel 节点就会对该节点做失败判定，这个行为被称为主观下线。

主观下线是基于 Sentinel 节点自身视角的判断，它只代表了该 Sentinel 节点无法与被检测节点正常通信，可能是由于网络问题或者被检测节点的实际故障。

客观下线（Objective Down）：当足够多的 Sentinel 节点都认为主服务器已经下线，那么主服务器就被认为是客观下线。这是多数 Sentinel 节点的共识，更具有可信度。

在 Redis 哨兵模式中，当一个 Sentinel 节点主观判断主节点下线后，它会通过 sentinel is-master-down-by-addr 命令向其他 Sentinel 节点询问对主节点的判断。如果收到的回复中，认为主节点下线的 Sentinel 节点数量达到了 quorum 参数设定的值，那么这个 Sentinel 节点就会认为主节点确实有问题，做出客观下线的决定。

在 Sentinel 模式下，只有当主服务器被判断为客观下线，才会触发故障转移过程。这是为了防止由于个别 Sentinel 节点的网络问题或者误判导致的误报。只有当多数 Sentinel 节点都认为主服务器已经下线，才认为这是一个真实的故障，需要进行故障转移。

2.4、Redis哨兵模式-节点选举

在 Redis 哨兵模式中，当主节点被判断为客观下线后，哨兵节点会进行领导者选举，选出一个领导者 Sentinel 节点来负责故障转移的过程。以下是领导者 Sentinel 节点选举的详细步骤：

1. 开始选举：当一个 Sentinel 节点判断主节点客观下线后，它会开始一个新的领导者选举过程。首先，它会增加自己的配置纪元（一个全局的、递增的数字），然后向其他 Sentinel 节点发送请求投票的消息；
2. 投票：当一个 Sentinel 节点收到请求投票的消息后，如果请求中的配置纪元大于自己的配置纪元，那么它会更新自己的配置纪元，并向请求投票的 Sentinel 节点发送投票消息。每个 Sentinel 节点在一个配置纪元中只能投票一次；
3. 统计投票：请求投票的 Sentinel 节点会统计收到的投票消息，如果在指定的时间内（默认是 2 秒）收到了大多数 Sentinel 节点的投票，那么它就会被选举为领导者；
4. 开始故障转移：领导者 Sentinel 节点会开始故障转移过程，包括选举新的主节点，重新配置从节点等。

通过这个过程，哨兵系统可以在主节点出现故障后，快速选举出一个领导者来进行故障转移，保证 Redis 服务的高可用性。

2.5、Redis哨兵模式-故障转移

在 Redis 哨兵模式中，当主节点被判断为客观下线后，哨兵节点会进行故障转移，选举一个新的主节点，并重新配置从节点。以下是故障转移的详细步骤：

1. 选举新的主节点：首先，领导者 Sentinel 节点会从所有的从节点中选举出一个新的主节点。选举的原则主要是优先选择数据最新（复制偏移量最大）和优先级最高的从节点。
2. 发送 SLAVEOF NO ONE 命令：领导者 Sentinel 节点会向新选举出的主节点发送 SLAVEOF NO ONE 命令，让它成为新的主节点。
3. 重新配置从节点：然后，领导者 Sentinel 节点会向其他的从节点发送 SLAVEOF 命令，让它们成为新主节点的从节点。
4. 更新元数据：最后，所有的 Sentinel 节点会更新自己的元数据，包括主节点的地址、主从关系等。
5. 通知客户端：所有的 Sentinel 节点会向订阅了 +switch-master 事件的客户端发送消息，通知它们主节点已经切换。

通过这个过程，哨兵系统可以在主节点出现故障后，快速完成故障转移，保证 Redis 服务的高可用性。

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3、Redis主从复制实现

3.1、拉取Redis镜像

拉取 Redis 镜像：

docker pull redis

3.3、创建所需文件夹

创建所需文件夹，用于映射容器相应文件路径：

mkdir -p ~/data/redis/master/data                                  
touch ~/data/redis/master/redis.confmkdir                       
touch ~/data/redis/master/redis.conf 
mkdir -p ~/data/redis/slave-1/data       
touch ~/data/redis/slave-1/redis.confmkdir
touch ~/data/redis/slave-1/redis.conf
mkdir -p ~/data/redis/slave-2/data       
touch ~/data/redis/slave-2/redis.confmkdir
touch ~/data/redis/slave-2/redis.conf 
mkdir -p ~/data/redis/slave-3/data       
touch ~/data/redis/slave-3/redis.confmkdir
touch ~/data/redis/slave-3/redis.conf 
# sentinel.conf 文件一个就够
touch ~/data/redis/master/sentinel.conf   			

3.3、修改redis.conf

修改主节点 redis.conf 文件

bind 0.0.0.0
# 开启保护模式，限制为本地访问，默认yes
protected-mode no 
# 默认no，改为yes意为以守护进程方式启动，可后台运行，除非kill进程，改为yes会使配置文件方式启动redis失败
daemonize no
# redis持久化（可选）
appendonly yes 

修改从节点 redis.conf 文件

bind 0.0.0.0
# 开启保护模式，限制为本地访问，默认yes
protected-mode no 
# 默认no，改为yes意为以守护进程方式启动，可后台运行，除非kill进程，改为yes会使配置文件方式启动redis失败
daemonize no
# redis持久化（可选）
appendonly yes 
# 指向master节点
replicaof 172.17.0.2 6379

3.4、修改sentinel.conf

修改 sentinel.conf 文件

daemonize yes
sentinel monitor mymaster 172.17.0.2 6379 2
port 26379

4.5、运行容器

运行容器并指定挂载路径：

docker run -p 16379:6379 -p 16389:26379 --name redis-master -v ~/data/redis/master/data/:/data -v ~/data/redis/master/sentinel.conf:/etc/redis/sentinel.conf -v ~/data/redis/master/redis.conf:/etc/redis/redis.conf -d redis redis-server /etc/redis/redis.conf --appendonly yes
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docker run -p 26379:6379  -p 16390:26379 --name redis-slave-1 -v ~/data/redis/slave-1/data/:/data -v ~/data/redis/slave-1/sentinel.conf:/etc/redis/sentinel.conf -v ~/data/redis/slave-1/redis.conf:/etc/redis/redis.conf -d redis redis-server /etc/redis/redis.conf --appendonly yes
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docker run  -p 36379:6379  -p 16391:26379 --name redis-slave-2 -v ~/data/redis/slave-2/data/:/data -v ~/data/redis/slave-2/sentinel.conf:/etc/redis/sentinel.conf  -v ~/data/redis/slave-2/redis.conf:/etc/redis/redis.conf -d redis redis-server /etc/redis/redis.conf --appendonly yes
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docker run  -p 46379:6379  -p 16392:26379 --name redis-slave-3 -v ~/data/redis/slave-3/data/:/data -v ~/data/redis/slave-3/sentinel.conf:/etc/redis/sentinel.conf  -v ~/data/redis/slave-3/redis.conf:/etc/redis/redis.conf -d redis redis-server /etc/redis/redis.conf --appendonly yes

通过 Docker Desktop 查看：

4.6、查看主从节点信息

查看主从节点信息：

# 进入从节点服务
docker exec -it [CONTAINER ID] redis-cli
# 查看角色信息
127.0.0.1:6379> role
# 查看主从复制信息
127.0.0.1:6379> info replication

主节点：

从节点：