Twemproxy来自Twitter的Redis代理

在大量用户大规模使用大型Redis节点的时候，目前从项目本身来看Redis基本上可以说是一个单例的业务。

关于这个项目的分布式我有一个很大的想法，在这个想法下，我不需要去对多线程版本的Redis做任何评估：在这个角度上对我来说，一个核就像是一台计算机，所以在多核上扩展就相当于分布在计算机之间的集群。多实例是一个无共享的架构。如果我们找到一个可用的方式来分片，那么所有事情就合理了。 :-)

这也是为什么集群会成为Redis在2013年的焦点，并且，最终Redis 2.6的发布表现出了很好的稳定性和成熟度，现在正是时候来关注Redis Cluster, Redis Sentinel, 以及一些其它期待已久的改进。

然而现实状况是，Redis Cluster目前仍然没有发布，正式版还需要几个月的工作。但是我们的用户已经需要将数据分片到不同的实例上来做负载均衡，更重要的是为数据获得更大的内存存储。

目前保底的结局方案是客户端分片。客户端分片有很多好处，例如：在客户端和节点之间没有中间层，这就意味着它是一个扩展性很好的设置（主要是线性扩展）。然而要稳定的实现（客户端分片）需要进行一些优化，需要一个同步客户端配置的方式，也需要客户端支持一致性哈希或其它分区算法。

有一个重大消息来自Twitter，世界最大的Redis集群之一部署在Twitter用于为用户提供时间轴数据。所以毫不奇怪这篇文章讨论的项目来自Twitter Open Source部门。

Twemproxy
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Twemproxy是一个快速的单线程代理程序，支持Memcached ASCII协议和更新的Redis协议： 


它全部用C写成，使用Apache 2.0 License授权。 
项目在Linux上可以工作，而在OSX上无法编译，因为它依赖了epoll API.
我的测试环境为Ubuntu 12.04桌面版。 


好吧，闲话少叙。twemproxy到底做了什么？（注：我将关注Redis到部分，但是该项目也可以对memcached做相同到事情） 


1) 在客户端和众多Redis实例间作为代理。 
2) 在配置的Redis实例之间进行自动到数据分片。 
3) 支持一致性哈希，支持不同到策略和哈希方法。 

Twemproxy最了不起的地方就在于它能在节点失败的时候卸载它，然后可以在一段时间以后重新尝试（随即）连接，又或者可以严格按照配置文件中写的键与服务器之间对应关系进行连接。这意味着Twemproxy能胜任把Redis当做数据存储（不能容忍节点未命中）的场景，也能够胜任当做缓存来使用，那些允许（它意味着少量，不是说低质量）未命中且高可用的场景。
总结来说就是：如果你能容忍未命中，那么当有节点失败你的数据也许会存储到其他节点，所以它会是弱一致性的。另一方面，如果你不能容忍未命中，那么你需要一个拥有高可用的实例的方案，例如使用Redis监控的失败自动切换功能。

安装  
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在深入项目的更多特性之前，有一个好消息，它在Linux上非常容易构建。好吧，没有Redis那么简单，但是……你仅仅需要简单按照下面的几步操作：
apt-get install automake 
apt-get install libtool 
git clone git://github.com/twitter/twemproxy.git 
cd twemproxy 
autoreconf -fvi 
./configure --enable-debug=log 
make 
src/nutcracker -h 


它的配置也非常简单，在项目的github页面上有足够的文档可以让你有一个平滑的初体验。我使用了如下的配置：
redis1: 
  listen: 0.0.0.0:9999 
  redis: true 
  hash: fnv1a_64 
  distribution: ketama 
  auto_eject_hosts: true 
  timeout: 400 
  server_retry_timeout: 2000 
  server_failure_limit: 1 
  servers: 
   - 127.0.0.1:6379:1 
   - 127.0.0.1:6380:1 
   - 127.0.0.1:6381:1 
   - 127.0.0.1:6382:1 


redis2: 
  listen: 0.0.0.0:10000 
  redis: true 
  hash: fnv1a_64 
  distribution: ketama 
  auto_eject_hosts: false 
  timeout: 400 
  servers: 
   - 127.0.0.1:6379:1 
   - 127.0.0.1:6380:1 
   - 127.0.0.1:6381:1 
   - 127.0.0.1:6382:1 


第一个集群配置为（故障时）节点自动排除，第二个集群则在所有实例上配置了静态映射。 


有趣的是，针对同一组服务器你能同时有多个部署。然而在生产环境更适合使用多个示例以利用多核的能力。

单点失效？ 
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还有另一件有趣的事情，使用这个部署并不意味着有单点失效问题，你可以通过运行多套twemproxy，让你的客户端连接到第一个可用的实例。 


通过使用twemproxy你基本上把分片逻辑和客户端进行了分离。在这种情况下，一个基本的客户端就可以实现目的，分片将完全由代理来处理。
这是一个直接而安全的方法，个人观点。
现在Redis Cluster还不成熟，twemproxy是大多数希望利用Redis集群的用户的好方法。也不要太激动，先看看这种方法的限制 ;)

不足
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我认为Twemproxy没有支持批量操作的命令和事物是对的。当然，AFAIK甚至比Redis cluster更严格，反而它对于相同的键允许批量操作。
但是恕我直言按照这种方式，分散的集群带来分散的效率，并且将这个挑战带给了早期的用户，而且花费了大量的资源，从大量的实例中汇总数据，得到仅仅是“能用”的结果，而且你将很快开始有严重的负载问题，因为你有太多的时间花费在数据的传输上。

可是有一些批量操作命令还是支持了的。MGET和DEL是处理的非常好的。有趣的是MGET命令在不同的服务器之间切分请求并且返回一个结果。这一点相当酷，也许我以后不能有更好的性能（看以后的吧）。
无论如何，批量操作和事物的不支持的现状意味着Twemproxy不适用于每个人，特别像Redis cluster本身。特别是它显然不支持EVAL（我认为他们应该支持它！它是多通用的，EVAL被设计可以在代理中工作，是因为键的名字已经明确了）。

有待改进的地方
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错误报告机制并不稳定，发送一个Redis不支持的命令会导致连接被关闭。比如从redis-cli只发送一个‘GET‘并不会报"参数个数不正确”的错误，只会导致连接被挂起。
总体看来，服务器返回的其它错误都可以准确的传给客户端：
redis metal: 10000 > get list
(错误)类型操作错误，键匹配了错误的值类型
另外一个我想要看到的特性是对自动故障恢复的支持。有很多种替代方案：
1) twemproxy已经能够监控实例错误信息、错误的数量、在检测出足够多的错误的情况下断开节点。但是很遗憾twemproxy不能够拿从节点作为替代方案，这样就可以发送一个SLAVE OFNOONE命令来弃用备用节点，而不用只是断开错误节点。这种情况下twemproxy才是一个具有高可用性的解决方案。
2) 或者，我希望twemproxy能够与Redis Sentinel一起协同工作，定期检查Sentinel配置，如果出现故障则更新服务端配置
3) 另外一种替代方案是提供一种热配置twemproxy的方式，一旦节点出故障，Redis Sentinel就能够切换ASAP代理配置
有很多种替代方案，总体来说，如果能够提供对HA(高可用性)的底层支持就非常棒了。

性能 
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Twemproxy很快，真的很快，接近直接与Redis通讯的速度。我敢说你用的话最多损失20%的性能。
我对性能唯一的意见是可以有更高效的方法把IMHO MGET命令分发到实例之间
如果twemproxy与所有Redis实例的延迟很相似的话(很有可能)，在MGETs命令在同一时间发出的情况下，twemproxy很有可能会在同一时间接收到所有节点的命令，所以我希望看到的是当我在所有实例上运行MGET命令的时候，发送的数量和twemproxy接收到的数量是一致的，但是实际上twemproxy在一秒内只接收到了50%的MGET命令。也许是时候重构twemproxy的应答模块了。

结论
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这是个伟大的项目，鉴于Redis Cluster还未发布，我强烈建议有需求的Redis用户试一下Twemproxy
我正打算将它链接到Redis项目网站上，因为我认为Twitter的伙计已经用他们的项目为Redis做了不小的贡献，所以...
这是Twitter赢得荣誉！