47.Redis Cluster集群运维与核心原理剖析

集群的搭建

redis集群是一个由多个主从节点群组成的分布式服务器群，它具有复制、高可用和分片特性。

Redis集群不需要sentinel哨兵·也能完成节点移除和故障转移的功能。

需要将每个节点设置成集群模式，这种集群模式没有中心节点，可水平扩展，据官方文档称可以线性扩展到上万个节点(官方推荐不超过1000个节点)。

redis集群的性能和高可用性均优于之前版本的哨兵模式，且集群配置非常简单

mkdir -p /usr/local/redis-cluster/8001
#修改配置
cluster-enabled yes（启动集群模式）
cluster-config-file nodes-8001.conf
cluster-node-timeout 10000
requirepass yes
masterauth yes
#启动redis-server
/opt/redis-6.2.14/src/redis-server /usr/local/redis-cluster/8001/redis.conf
/opt/redis-6.2.14/src/redis-server /usr/local/redis-cluster/8004/redis.conf
/opt/redis-6.2.14/src/redis-server /usr/local/redis-cluster/8002/redis.conf
/opt/redis-6.2.14/src/redis-server /usr/local/redis-cluster/8005/redis.conf
/opt/redis-6.2.14/src/redis-server /usr/local/redis-cluster/8003/redis.conf
/opt/redis-6.2.14/src/redis-server /usr/local/redis-cluster/8006/redis.conf
#搭建集群
/opt/redis-6.2.14/src/redis-cli -a yes --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.139.135:8001 192.168.139.136:8002 192.168.139.137:8003 192.168.139.135:8004 192.168.139.136:8005 192.168.139.137:8006 
#集群模式连接
/opt/redis-6.2.14/src/redis-cli -a yes -c -p 8001
#查看集群信息&&查看节点列表
127.0.0.1:8001> cluster nodes
127.0.0.1:8001> cluster info
#关闭集群则需要逐个进行关闭，使用命令
/opt/redis-6.2.14/src/redis-cli  -a yes -c -h 192.168.139.135 -p 8001 shutdown

//集群连接代码
    @Test
    public void test() {
//        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
//        config.setMaxTotal(20);
//        config.setMaxIdle(10);
//        config.setMinIdle(5);
        Set<HostAndPort> jedisClusterNode = new HashSet<>();
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.139.135", 8001));
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.139.136", 8002));
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.139.137", 8003));
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.139.135", 8004));
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.139.136", 8005));
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.139.137", 8006));
        JedisCluster cluster = new JedisCluster(jedisClusterNode, 6000, 5000, 10, "yes", new GenericObjectPoolConfig<>());
        cluster.set("clusterFirstKey", LocalDate.now().toString());
    }

Redis集群原理分析

槽位

Redis Cluster 将所有数据划分为 16384 个 slots(槽位)，每个节点负责其中一部分槽位。槽位的信息存储于每个节点中。

当 Redis Cluster 的客户端来连接集群时，它也会得到一份集群的槽位配置信息并将其缓存在客户端本地。这样当客户端要查找某个 key 时，可以直接定位到目标节点。同时因为槽位的信息可能会存在客户端与服务器不一致的情况，还需要纠正机制来实现槽位信息的校验调整。

跳转重定位

当客户端向一个错误的节点发出了指令，该节点会发现指令的 key 所在的槽位并不归自己管理，这时它会向客户端发送一个特殊的跳转指令携带目标操作的节点地址，告诉客户端去连这个节点去获取数据。

Redis集群节点间的通信机制

redis cluster节点间采取gossip协议进行通信。 gossip协议包含多种消息，包括ping，pong，meet，fail等等。

gossip通信的10000端口

每个节点都有一个专门用于节点间gossip通信的端口，就是自己提供服务的端口号+10000

网络抖动

配置 cluster-node-timeout

如果没有这个选项，网络抖动会导致主从频繁切换 (数据的重新复制)。

Redis集群选举原理分析

当slave发现自己的master变为FAIL状态时，便尝试进行Failover，以期成为新的master。由于挂掉的master可能会有多个slave，从而存在多个slave竞争成为master节点的过程， 其过程如下：

• slave发现自己的master变为FAIL
• 将自己记录的集群currentEpoch加1，并广播FAILOVER_AUTH_REQUEST 信息
  • 为了减少选举碰撞，有一个延迟计算公式 DELAY = 500ms + random(0 ~ 500ms) + SLAVE_RANK * 1000ms SLAVE_RANK表示此slave已经从master复制数据的总量的rank。
• 其他节点收到该信息，只有master响应，判断请求者的合法性，并发送FAILOVER_AUTH_ACK，对每一个epoch只发送一次ack
• 尝试failover的slave收集master返回的FAILOVER_AUTH_ACK
• slave收到超过半数master的ack后变成新Master(这里解释了集群为什么至少需要三个主节点，如果只有两个，当其中一个挂了，只剩一个主节点是不能选举成功的; 四个节点，也只运行挂一个节点。)
• slave广播Pong消息通知其他集群节点。

Redis集群对批量操作命令的支持

对于类似mset，mget这样的多个key的原生批量操作命令，redis集群只支持所有key落在同一slot的情况，如果有多个key一定要用mset命令在redis集群上操作，则可以在key的前面加上{XX}，这样参数数据分片hash计算的只会是大括号里的值，这样能确保不同的key能落到同一slot里去，示例如下：

mset {user1}:1:name zhuge {user1}:1:age 18

假设name和age计算的hash slot值不一样，但是这条命令在集群下执行，redis只会用大括号里的 user1 做hash slot计算，所以算出来的slot值肯定相同，最后都能落在同一slot。