Redis学习笔记-Codis 和 Redis Cluster 的区别

Redis学习笔记-Codis 和 Redis Cluster 的区别

之前学习过 Redis Cluster，但是在 Redis Cluster 官方正式发布前，业界已经广泛使用 Codis，这篇文章主要学习一下 Codis 的整体架构和流程，对比一下 Redis Cluster。

1.笔记图

2.Codis 集群的 4 类关键组件

• codis server：这是进行了二次开发的 Redis 实例，其中增加了额外的数据结构，支持数据迁移操作，主要负责处理具体的数据读写请求
• codis proxy：接收客户端请求，并把请求转发给 codis server
• Zookeeper 集群：保存集群元数据，例如数据位置信息和 codis proxy 信息
• codis dashboard 和 codis fe：
• codis dashboard：负责执行集群管理工作，包括增删 codis server、codis proxy 和数据迁移
• codis fe：提供 dashboard 的 Web 操作界面，便于直接在 Web 界面上集群管理

3.Codis 是如何处理请求的？

• 使用 codis dashboard 设置 codis server 和 codis proxy 的访问地址，完成设置后，codis server 和 codis proxy 才会开始接收连接
• 当客户端要读写数据时，客户端直接和 codis proxy 建立连接
• codis proxy 本身支持 Redis 的 RESP 交互协议，客户端访问 codis proxy 时，和访问原生的 Redis 实例没有什么区别
• codis proxy 接收到请求，就会查询请求数据和 codis server 的映射关系，并把请求转发给相应的 codis server 进行处理

4.Codis 的关键技术原理

4.1 数据如何在集群里分布？

• Codis 集群一共有 1024 个 Slot，编号依次是 0 到 1023，可以手动分配，也可以自动均匀分配
• 当客户端读写数据时，使用 CRC32 算法计算数据 key 的哈希值，把这个哈希值对 1024 取模，对应 Slot 的编号

4.2 数据、Slot 、 codis server 的映射关系

• 数据 key 和 Slot 的映射关系是客户端在读写数据前直接通过 CRC32 计算得到的
• Slot 和 codis server 的映射关系是通过分配完成的，需要用存储系统保存，否则，集群有故障，映射关系就会丢失
• Slot 和 codis server 的映射关系称为数据路由表（简称路由表）
• codis dashboard 上分配好路由表，dashboard 会把路由表发给 codis proxy，dashboard 也会把路由表保存在 Zookeeper 中

5.Codis集群扩容和数据迁移

5.1 Codis 集群扩容

• 增加 codis server 时扩容步骤
• 启动新的 codis server，将它加入集群
• 把部分数据迁移到新的 server
• 增加 codis proxy 时扩容步骤
• 直接启动 proxy，再通过 codis dashboard 把 proxy 加入集群就行
• codis proxy 的访问连接信息都会保存在 Zookeeper 上，新增了 proxy 后，Zookeeper 上会有最 新的访问列表，客户端也就可以从 Zookeeper 上读取 proxy 访问列表，把请求发送给新增的 proxy

5.2 Codis 集群数据迁移

• 增加 codis server 时迁移数据步骤

• 在源 server 上，Codis 从要迁移的 Slot 中随机选择一个数据，发送给目的 server

• 目的 server 确认收到数据后，会给源 server 返回确认消息。这时，源 server 会在本地将刚才迁移的数据删除

• 第一步和第二步就是单个数据的迁移过程。Codis 会不断重复这个迁移过程，直到要迁移的 Slot 中的数据全部迁移完成

• Codis 的两种数据迁移模式

• 同步迁移:

  • 在数据从源 server 发送给目的 server 的过程中，源 server 是阻塞的，无法处理新的请求操作
  • 迁移过程涉及多个操作（数据在源 server 序列化、网络传输、在目的 server 反序列化、在源 server 删除）
  • 如果迁移的数据是一个 bigkey，源 server 就会阻塞较长时间，无法及时处理用户请求

• 异步迁移

  • 当源 server 把数据发送给目的 server 后，就可以处理其他请求操作了，不用等到目的 server 的命令执行完
  • 目的 server 会在收到数据并反序列化保存到本地后，给源 server 发送一个 ACK 消息，表明迁移完成
  • 源 server 在本地把刚才迁移的数据删除
  • 在迁移过程中，迁移的数据会被设置为只读，源 server 上的数据不会被修改，不会出现和目的 server 上的数据不一致的问题
  • 迁移bigkey:
    • 对于 bigkey，异步迁移采用了拆分指令的方式进行迁移，对 bigkey 中每个元素，用一条指令进行迁移，而不是把整个 bigkey 进行序列化后再整体传输
    • Codis 在目标 server 上，给 bigkey 设置过期时间，迁移过程发生故障，目标 server 的 key 会在过期后被删除，不影响迁移的原子性，正常完成迁移后，过期时间会被删除
      可以通过异步迁移命令 SLOTSMGRTTAGSLOT-ASYNC 的参数 numkeys 设置每次迁移的 key 数量

6.如何保证可靠性

• codis server 其实就是 Redis 实例，只不过增加了和集群操作相关的命令
• Redis 主从复制和哨兵机制在 codis server 上是可以用的，Codis 使用主从集群来保证 codis server 的可靠性
• Codis 给每个 server 配置从库，并使用哨兵机制进行监控，当发生故障时，主从库可以进行切换，从而保证了 server 的可靠性
• 每个 server 成了一个 server group，每个 group 中是一主多从的 server
• codis proxy 在转发请求时，也是按照数据所在的 Slot 和 group 的对应关系
• proxy 上的信息源头都是来自 Zookeeper（例如路由表）
• Zookeeper 集群使用多个实例来保存数据，只要有超过半数的 Zookeeper 实例可以正常工作， Zookeeper 集群就可以提供服务，也可以保证这些数据的可靠性

7.切片集群方案选择建议

• 从稳定性和成熟度来看，Codis 应用得比较早，在业界已经有了成熟的生产部署。虽然 Codis 引入了 proxy 和 Zookeeper，增加了集群复杂度，但是，proxy 的无状态设计和 Zookeeper 自身的稳定性，也给 Codis 的稳定使用提供了保证。而 Redis Cluster 的推出时间晚于 Codis，相对来说，成熟度要弱于 Codis，如果你想选择一个成熟稳定的方案，Codis 更加合适些
• 从业务应用客户端兼容性来看，连接单实例的客户端可以直接连接 codis proxy，而原本连接单实例的客户端要想连接 Redis Cluster 的话，就需要开发新功能。所以，如果你的业务应用中大量使用了单实例的客户端，而现在想应用切片集群的话，建议你选择 Codis，这样可以避免修改业务应用中的客户端
• 从使用 Redis 新命令和新特性来看，Codis server 是基于开源的 Redis 3.2.8 开发的，所以，Codis 并不支持 Redis 后续的开源版本中的新增命令和数据类型。另外，Codis 并没有实现开源 Redis 版本的所有命令，比如 BITOP、BLPOP、BRPOP，以及和与事务相关的 MUTLI、EXEC 等命令。Codis 官网上列出了不被支持的命令列表，你在使用时记得去核查一下。所以，如果你想使用开源 Redis 版本的新特性，Redis Cluster 是一个合适的选择
• 从数据迁移性能维度来看，Codis 能支持异步迁移，异步迁移对集群处理正常请求的性能影响要比使用同步迁移的小。所以，如果你在应用集群时，数据迁移比较频繁的话，Codis 是个更合适的选择

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