分布式缓存

发布时间：2024年01月21日

单机的Redis存在四大问题：

一、Redis持久化

Redis有两种持久化方案：

  • RDB持久化
  • AOF持久化

1.1 单机安装

从官网下载源码包：Download | Redis

解压缩：

tar -xvf redis-6.2.14.tar.gz

解压后，进入redis目录：

cd redis-6.2.14

运行编译命令：

make && sudo make install

如果没有出错，应该就安装成功了。

然后修改redis.conf文件中的一些配置：

# 绑定地址，默认是127.0.0.1，会导致只能在本地访问。修改为0.0.0.0则可以在任意IP访问
bind 0.0.0.0
# 数据库数量，设置为1
databases 1

启动Redis：

redis-server redis.conf

停止redis服务：

redis-cli shutdown

1.2 RDB持久化

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。

1.2.1 执行时机

RDB持久化在四种情况下会执行：

  • 执行save命令
  • 执行bgsave命令
  • Redis停机时
  • 触发RDB条件时

1）save命令

执行下面的命令，可以立即执行一次RDB：

save命令会导致主进程执行RDB，这个过程中其它所有命令都会被阻塞。只有在数据迁移时可能用到。

2）bgsave命令

下面的命令可以异步执行RDB：

这个命令执行后会开启独立进程完成RDB，主进程可以持续处理用户请求，不受影响。

3）停机时

Redis停机时会执行一次save命令，实现RDB持久化。

4）触发RDB条件

Redis内部有触发RDB的机制，可以在redis.conf文件中找到，格式如下：

# 900秒内，如果至少有1个key被修改，则执行bgsave ， 如果是save "" 则表示禁用RDB
save 900 1  
save 300 10  
save 60 10000

RDB的其它配置也可以在redis.conf文件中设置：

# 是否压缩 ,建议不开启，压缩也会消耗cpu，磁盘的话不值钱
rdbcompression yes

# RDB文件名称
dbfilename dump.rdb 

# 文件保存的路径目录
dir ./

1.2.2 RDB原理

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：

  • 当主进程执行读操作时，访问共享内存；
  • 当主进程执行写操作时，则会拷贝一份数据，执行写操作。

1.2.3 小结

RDB方式bgsave的基本流程

  • fork主进程得到一个子进程，共享内存空间
  • 子进程读取内存数据并写入新的RDB文件
  • 用新RDB文件替换旧的RDB文件

RDB会在什么时候执行？save 60 1000代表什么含义？

  • 默认是服务停止时
  • 代表60秒内至少执行1000次修改则触发RDB

RDB的缺点

  • RDB执行间隔时间长，两次RDB之间写入数据有丢失的风险
  • fork子进程、压缩、写出RDB文件都比较耗时

1.3 AOF持久化

1.3.1 AOF原理

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。

1.3.2 AOF配置

AOF默认是关闭的，需要修改redis.conf配置文件来开启AOF：

# 是否开启AOF功能，默认是no
appendonly yes
# AOF文件的名称
appendfilename "appendonly.aof"

AOF的命令记录的频率也可以通过redis.conf文件来配：

# 表示每执行一次写命令，立即记录到AOF文件 appendfsync always # 写命令执行完先放入AOF缓冲区，然后表示每隔1秒将缓冲区数据写到AOF文件，是默认方案 appendfsync everysec # 写命令执行完先放入AOF缓冲区，由操作系统决定何时将缓冲区内容写回磁盘 appendfsync no

三种策略对比：

1.3.3 AOF文件重写

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。

如图，AOF原本有三个命令，但是set num 123 和 set num 666都是对num的操作，第二次会覆盖第一次的值，因此第一个命令记录下来没有意义。

所以重写命令后，AOF文件内容就是：mset name jack num 666

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：

# AOF文件比上次文件 增长超过多少百分比则触发重写
auto-aof-rewrite-percentage 100
# AOF文件体积最小多大以上才触发重写 
auto-aof-rewrite-min-size 64mb

1.4 RDB与AOF对比

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。

1.5 RDB与AOF混合模式

其实是AOF重写时，使用RDB模式。

开启appendonly yes后，再开启如下参数，aof在重写时，会将当前数据以RDB方式写在aof文件中，再将后续新的指令追加到文件中。

aof-use-rdb-preamble yes

Redis服务器在执行AOF重写操作时，就会像执行BGSAVE命令那样，根据数据库当前的状态生成出相应的RDB数据，并将这些数据写入新建的AOF文件中，至于那些在AOF重写开始之后 执行的Redis命令，则会继续以协议文本的方式 追加到 新AOF文件的末尾，即已有的RDB数据的后面。

换句话说，在开启了RDB-AOF混合持久化功能之后，服务器生成的AOF文件将由两个部分组成，其中位于AOF文件开头的是RDB格式的数据，而跟在RDB数据后面的则是AOF格式的数据。

1.5.1 注意项

1、RDB和AOF两者同时打开时，RDB和AOF文件都会生成。但恢复数据时，仅使用AOF文件。

2、aof-use-rdb-preamble这种混合方式，数据恢复时仍只加载AOF文件.

  • AOF文件前段部分是RDB格式
  • 后段部分是AOF格式

二、Redis主从

2.1 搭建主从架构

2.1.1 集群结构

搭建的主从集群结构如图：

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

127.0.0.1

7001

master

127.0.0.1

7002

slave

127.0.0.1

7003

slave

2.1.2 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

2）恢复原始配置

修改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.conf文件拷贝到三个目录中（在/tmp目录执行下列命令）：

# 管道组合命令，一键拷贝
echo 7001 7002 7003 | xargs -t -n 1 cp 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

port 7001
dir /Users/xiang/software/redis/slave/7001/

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 127.0.0.1

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）：

printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 127.0.0.1' {}/redis.conf

2.1.3 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

2.1.4 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）,在redis.conf中添加一行配置
slaveof <masterip> <masterport>
  • 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 127.0.0.1 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 127.0.0.1 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：

2.1.5 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
set num 666
  • 利用redis-cli连接7003，执行
get num
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。

2.2 主从数据同步原理

2.2.1.全量同步

主从第一次建立连接时，会执行全量同步，将master节点的所有数据都拷贝给slave节点，流程：

这里有一个问题，master如何得知salve是第一次来连接

有几个概念，可以作为判断依据：

  • Replication Id
  • offset

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。

因为slave原本也是一个master，有自己的replid和offset，当第一次变成slave，与master建立连接时，发送的replid和offset是自己的replid和offset。

master判断发现slave发送来的replid与自己的不一致，说明这是一个全新的slave，就知道要做全量同步了。

master会将自己的replid和offset都发送给这个slave，slave保存这些信息。以后slave的replid就与master一致了。

因此，master判断一个节点是否是第一次同步的依据，就是看replid是否一致。

如图：

完整流程描述：

  • slave节点请求增量同步
  • master节点判断replid，发现不一致，拒绝增量同步
  • master将完整内存数据生成RDB，发送RDB到slave
  • slave清空本地数据，加载master的RDB
  • master将RDB期间的命令记录在repl_baklog，并持续将log中的命令发送给slave
  • slave执行接收到的命令，保持与master之间的同步
18841:M 15 Jan 2024 18:00:58.585 * Replica 127.0.0.1:7002 asks for synchronization
18841:M 15 Jan 2024 18:00:58.585 * Partial resynchronization not accepted: Replication ID mismatch (Replica asked for '9f2bccf1699708e9bfce878de4701b152cee3b22', my replication IDs are 'e7174aa2ba7b6f0e9d6d8770d62bbf26bf38de48' and '0000000000000000000000000000000000000000')
18841:M 15 Jan 2024 18:00:58.585 * Replication backlog created, my new replication IDs are '4d34f58f302fbf1aaae84221765cfa3a527670cd' and '0000000000000000000000000000000000000000'
18841:M 15 Jan 2024 18:00:58.586 * Starting BGSAVE for SYNC with target: disk
18841:M 15 Jan 2024 18:00:58.587 * Background saving started by pid 18914
18914:C 15 Jan 2024 18:00:58.588 * DB saved on disk
18841:M 15 Jan 2024 18:00:58.627 * Background saving terminated with success
18841:M 15 Jan 2024 18:00:58.627 * Synchronization with replica 127.0.0.1:7002 succeeded

2.2.2 命令传播

slave已经同步过master了，那么如果后续master进行了写操作，比如说一个简单的set name redis，那么master执行过当前命令后，会将当前命令发送给slave执行一遍，达成数据一致性。

2.2.3 增量同步

全量同步需要先做RDB，然后将RDB文件通过网络传输个slave，成本太高了。

因此除了第一次做全量同步，其它大多数时候slave断掉后，再与master都是做增量同步。

什么是增量同步？就是只更新slave与master存在差异的部分数据。如图：

那么master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?

2.2.4 repl_backlog原理

master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?

这就要说到全量同步时的repl_baklog文件了。

这个文件是一个固定大小的数组，只不过数组是环形，也就是说角标到达数组末尾后，会再次从0开始读写，这样数组头部的数据就会被覆盖。

repl_baklog中会记录Redis处理过的命令日志及offset，包括master当前的offset，和slave已经拷贝到的offset：

slave与master的offset之间的差异，就是salve需要增量拷贝的数据了。

随着不断有数据写入，master的offset逐渐变大，slave也不断的拷贝，追赶master的offset：

直到数组被填满：

此时，如果有新的数据写入，就会覆盖数组中的旧数据。不过，旧的数据只要是绿色的，说明是已经被同步到slave的数据，即便被覆盖了也没什么影响。因为未同步的仅仅是红色部分。

但是，如果slave出现网络阻塞，导致master的offset远远超过了slave的offset：

如果master继续写入新数据，其offset就会覆盖旧的数据，直到将slave现在的offset也覆盖：

棕色框中的红色部分，就是尚未同步，但是却已经被覆盖的数据。此时如果slave恢复，需要同步，却发现自己的offset都没有了，无法完成增量同步了。只能做全量同步。

repl-backlog-size默认1mb

2.3 主从同步优化

主从同步可以保证主从数据的一致性，非常重要。

可以从以下几个方面来优化Redis主从就集群：

  • 在master中配置repl-diskless-sync yes启用无磁盘复制，避免全量同步时的磁盘IO。
  • Redis单节点上的内存占用不要太大，减少RDB导致的过多磁盘IO
  • 适当提高repl_baklog的大小，发现slave宕机时尽快实现故障恢复，尽可能避免全量同步
  • 限制一个master上的slave节点数量，如果实在是太多slave，则可以采用主-从-从链式结构，减少master压力

主从从架构图：

2.4 小结

简述全量同步和增量同步区别？

  • 全量同步：master将完整内存数据生成RDB，发送RDB到slave。后续命令则记录在repl_baklog，逐个发送给slave。
  • 增量同步：slave提交自己的offset到master，master获取repl_baklog中从offset之后的命令给slave

什么时候执行全量同步？

  • slave节点第一次连接master节点时
  • slave节点断开时间太久，repl_baklog中的offset已经被覆盖时

什么时候执行增量同步？

  • slave节点断开又恢复，并且在repl_baklog中能找到offset时

三、Redis哨兵

Redis提供了哨兵（Sentinel）机制来实现主从集群的自动故障恢复。

3.1 哨兵原理

3.1.1.集群结构和作用

哨兵的结构如图：

哨兵的作用如下：

  • 监控
  • 自动故障恢复
  • 通知

3.1.2 集群监控原理

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：

?主观下线：如果某sentinel节点发现某实例未在规定时间响应，则认为该实例主观下线。

?客观下线：若超过指定数量（quorum）的sentinel都认为该实例主观下线，则该实例客观下线。quorum值最好超过Sentinel实例数量的一半。

3.1.3 集群故障恢复原理

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：

  • 首先会判断slave节点与master节点断开时间长短，如果超过指定值（down-after-milliseconds * 10）则会排除该slave节点
  • 然后判断slave节点的slave-priority值，越小优先级越高，如果是0则永不参与选举
  • 如果slave-prority一样，则判断slave节点的offset值，越大说明数据越新，优先级越高
  • 最后是判断slave节点的运行id大小，越小优先级越高。

当选出一个新的master后，该如何实现切换呢？

流程如下：

  • sentinel给备选的slave1节点发送slaveof no one命令，让该节点成为master
  • sentinel给所有其它slave发送slaveof 127.0.0.1 7002 命令，让这些slave成为新master的从节点，开始从新的master上同步数据。
  • 最后，sentinel将故障节点标记为slave，当故障节点恢复后会自动成为新的master的slave节点

3.1.4 小结

Sentinel的三个作用是什么？

  • 监控
  • 故障转移
  • 通知

Sentinel如何判断一个redis实例是否健康？

  • 每隔1秒发送一次ping命令，如果超过一定时间没有相向则认为是主观下线
  • 如果大多数sentinel都认为实例主观下线，则判定服务下线

故障转移步骤有哪些？

  • 首先选定一个slave作为新的master，执行slaveof no one
  • 然后让所有节点都执行slaveof 新master
  • 修改故障节点配置，添加slaveof 新master

3.2 搭建哨兵集群

3.2.1 集群结构

这里我们搭建一个三节点形成的Sentinel集群，来监管之前的Redis主从集群。如图：

三个sentinel实例信息如下：

节点

IP

PORT

s1

127.0.0.1

27001

s2

127.0.0.1

27002

s3

127.0.0.1

27003

3.2.2 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 /salve_sentinel
# 创建目录
mkdir s1 s2 s3

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 127.0.0.1
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 7001 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
dir "/Users/xiang/software/redis/slave_sentinel/s1"

解读：

  • port 27001：是当前sentinel实例的端口
  • sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 7001 2 :指定主节点信息
    • mymaster: 主节点名称，自定义，任意写
    • 127.0.0.1 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）：

# 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

3.2.3 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：

3.2.4 测试

1、尝试让master节点7001宕机，查看sentinel日志：

选出新的master-7002

2、查看新master-7002的日志和配置

7002成为了master，配置文件中的replicaof被设置为空

3、查看其他slave-7003的日志和配置

切换slaveof目标master。redis.conf的replicaof信息也被更改了。

4、重启7001后，查看日志和配置

重启前，因为redis服务不可用，所以redis.conf中的replicaof仍为空。

重启后，redis.conf被修改为replicaof 127.0.0.1 7002

5、再次查看主从信息

3.3 RedisTemplate

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。

下面，我们通过一个测试来实现RedisTemplate集成哨兵机制。

3.3.1 导入Demo工程

https://github.com/user0819/redis-slave-demo.git

3.3.2.引入依赖

在项目的pom文件中引入依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

3.3.3.配置Redis地址

然后在配置文件application.yml中指定redis的sentinel相关信息：

spring:
  redis:
    sentinel:
      master: mymaster
      nodes:
        - 127.0.0.1:27001
        - 127.0.0.1:27002
        - 127.0.0.1:27003

3.3.4.配置读写分离

在项目的启动类中，添加一个新的bean：

@Bean
public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer clientConfigurationBuilderCustomizer(){
    return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED);
}

这个bean中配置的就是读写策略，包括四种：

  • MASTER：从主节点读取
  • MASTER_PREFERRED：优先从master节点读取，master不可用才读取replica
  • REPLICA：从slave（replica）节点读取
  • REPLICA _PREFERRED：优先从slave（replica）节点读取，所有的slave都不可用才读取master

3.3.5 启动

写数据：


01-16 20:16:16:065 DEBUG 51478 --- [nio-8080-exec-1] io.lettuce.core.RedisChannelHandler      : dispatching command AsyncCommand [type=SET, output=StatusOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command]
01-16 20:16:16:066 DEBUG 51478 --- [nio-8080-exec-1] i.l.c.m.MasterSlaveConnectionProvider    : getConnectionAsync(WRITE)
01-16 20:16:16:066 DEBUG 51478 --- [nio-8080-exec-1] io.lettuce.core.RedisChannelHandler      : dispatching command AsyncCommand [type=SET, output=StatusOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command]
01-16 20:16:16:067 DEBUG 51478 --- [nio-8080-exec-1] i.lettuce.core.protocol.DefaultEndpoint  : [channel=0xbbd9865b, /127.0.0.1:51077 -> /127.0.0.1:7001, epid=0xa] write() writeAndFlush command AsyncCommand [type=SET, output=StatusOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command]
01-16 20:16:16:068 DEBUG 51478 --- [nio-8080-exec-1] i.lettuce.core.protocol.DefaultEndpoint  : [channel=0xbbd9865b, /127.0.0.1:51077 -> /127.0.0.1:7001, epid=0xa] write() done
01-16 20:16:16:068 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-2] io.lettuce.core.protocol.CommandHandler  : [channel=0xbbd9865b, /127.0.0.1:51077 -> /127.0.0.1:7001, chid=0xa] write(ctx, AsyncCommand [type=SET, output=StatusOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command], promise)
01-16 20:16:16:075 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-2] io.lettuce.core.protocol.CommandEncoder  : [channel=0xbbd9865b, /127.0.0.1:51077 -> /127.0.0.1:7001] writing command AsyncCommand [type=SET, output=StatusOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command]
01-16 20:16:16:076 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-2] io.lettuce.core.protocol.CommandHandler  : [channel=0xbbd9865b, /127.0.0.1:51077 -> /127.0.0.1:7001, chid=0xa] Received: 5 bytes, 1 commands in the stack
01-16 20:16:16:076 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-2] io.lettuce.core.protocol.CommandHandler  : [channel=0xbbd9865b, /127.0.0.1:51077 -> /127.0.0.1:7001, chid=0xa] Stack contains: 1 commands
01-16 20:16:16:076 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-2] i.l.core.protocol.RedisStateMachine      : Decode AsyncCommand [type=SET, output=StatusOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command]
01-16 20:16:16:076 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-2] i.l.core.protocol.RedisStateMachine      : Decoded AsyncCommand [type=SET, output=StatusOutput [output=OK, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command], empty stack: true

读数据:


01-16 20:16:51:851 DEBUG 51478 --- [nio-8080-exec-4] io.lettuce.core.RedisChannelHandler      : dispatching command AsyncCommand [type=GET, output=ValueOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command]
01-16 20:16:51:852 DEBUG 51478 --- [nio-8080-exec-4] i.l.c.m.MasterSlaveConnectionProvider    : getConnectionAsync(READ)
01-16 20:16:51:853 DEBUG 51478 --- [nio-8080-exec-4] io.lettuce.core.RedisChannelHandler      : dispatching command AsyncCommand [type=GET, output=ValueOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command]
01-16 20:16:51:854 DEBUG 51478 --- [nio-8080-exec-4] i.lettuce.core.protocol.DefaultEndpoint  : [channel=0x3b220f89, /127.0.0.1:51075 -> /127.0.0.1:7003, epid=0x8] write() writeAndFlush command AsyncCommand [type=GET, output=ValueOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command]
01-16 20:16:51:855 DEBUG 51478 --- [nio-8080-exec-4] i.lettuce.core.protocol.DefaultEndpoint  : [channel=0x3b220f89, /127.0.0.1:51075 -> /127.0.0.1:7003, epid=0x8] write() done
01-16 20:16:51:855 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-8] io.lettuce.core.protocol.CommandHandler  : [channel=0x3b220f89, /127.0.0.1:51075 -> /127.0.0.1:7003, chid=0x8] write(ctx, AsyncCommand [type=GET, output=ValueOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command], promise)
01-16 20:16:51:857 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-8] io.lettuce.core.protocol.CommandEncoder  : [channel=0x3b220f89, /127.0.0.1:51075 -> /127.0.0.1:7003] writing command AsyncCommand [type=GET, output=ValueOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command]
01-16 20:16:51:857 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-8] io.lettuce.core.protocol.CommandHandler  : [channel=0x3b220f89, /127.0.0.1:51075 -> /127.0.0.1:7003, chid=0x8] Received: 18 bytes, 1 commands in the stack
01-16 20:16:51:858 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-8] io.lettuce.core.protocol.CommandHandler  : [channel=0x3b220f89, /127.0.0.1:51075 -> /127.0.0.1:7003, chid=0x8] Stack contains: 1 commands
01-16 20:16:51:858 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-8] i.l.core.protocol.RedisStateMachine      : Decode AsyncCommand [type=GET, output=ValueOutput [output=null, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command]
01-16 20:16:51:858 DEBUG 51478 --- [ioEventLoop-4-8] i.l.core.protocol.RedisStateMachine      : Decoded AsyncCommand [type=GET, output=ValueOutput [output=[B@5b10b048, error='null'], commandType=io.lettuce.core.protocol.Command], empty stack: true

3.5 哨兵模式总结

  • 哨兵作用主要是故障转移-设置新的master
  • 某个哨兵节点停止，不会影响主从关系，整体哨兵服务仍能正常运行
  • 某个哨兵节点停止再运行，仍能正常加入到哨兵中

四、Redis分片集群

4.1 搭建分集群

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：

  • 海量数据存储问题
  • 高并发写的问题

使用分片集群可以解决上述问题，如图:

分片集群特征：

  • 集群中有多个master，每个master保存不同数据
  • 每个master都可以有多个slave节点
  • master之间通过ping监测彼此健康状态
  • 客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会被转发到正确节点

4.1.1 集群结构

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，结构如下：

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

127.0.0.1

7001

master

127.0.0.1

7002

master

127.0.0.1

7003

master

127.0.0.1

8001

slave

127.0.0.1

8002

slave

127.0.0.1

8003

slave

4.1.2 准备实例和配置

创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录：

# 进入/test_cluster目录
cd /test_cluster
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

在/test_cluster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 127.0.0.1
# 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：

cd /test_cluster
# 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：

cd /test_cluster
# 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

4.1.3 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 /test_cluster
# 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

4.1.4 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 /test_cluster/redis-6.2.4/src
# 创建集群
./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:8001 127.0.0.1:8002 127.0.0.1:8003

2）Redis5.0以后

我们使用的是Redis6.2.4版本，集群管理以及集成到了redis-cli中，格式如下：

redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:8001 127.0.0.1:8002 127.0.0.1:8003

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

4.1.5 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：

4.2 散列插槽

4.2.1 插槽原理

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：

  • key中包含"{}"，且“{}”中至少包含1个字符，“{}”中的部分是有效部分
  • key中不包含“{}”，整个key都是有效部分

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。

如图，在7001这个节点执行set a 1时，对a做hash运算，对16384取余，得到的结果是15495，因此要存储到103节点。

到了7003后，执行get num时，对num做hash运算，对16384取余，得到的结果是2765，因此需要切换到7001节点

4.2.1 小结

Redis如何判断某个key应该在哪个实例？

  • 将16384个插槽分配到不同的实例
  • 根据key的有效部分计算哈希值，对16384取余
  • 余数作为插槽，寻找插槽所在实例即可

如何将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例？

  • 这一类数据使用相同的有效部分，例如key都以{typeId}为前缀

4.3 集群伸缩

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：

4.3.1 需求分析

需求：向集群中添加一个新的master节点，并向其中存储 num = 10

  • 启动一个新的redis实例，端口为7004
  • 添加7004到之前的集群，并作为一个master节点
  • 给7004节点分配插槽，使得num这个key可以存储到7004实例

这里需要两个新的功能：

  • 添加一个节点到集群中
  • 将部分插槽分配到新插槽

4.3.2 创建新的redis实例

创建一个文件夹：

mkdir 7004

拷贝配置文件：

cp redis.conf /7004

修改配置文件：

sed /s/6379/7004/g 7004/redis.conf

启动

redis-server 7004/redis.conf

4.3.3 添加新节点到redis

执行命令：

redis-cli --cluster add-node 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7001

通过命令查看集群状态：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

如图，7004加入了集群，并且默认是一个master节点：

但是，可以看到7004节点的插槽数量为0，因此没有任何数据可以存储到7004上

4.3.4 转移插槽

我们要将num存储到7004节点，因此需要先看看num的插槽是多少：

如上图所示，num的插槽为2765.

我们可以将0~3000的插槽从7001转移到7004，命令格式如下：

具体命令如下：

建立连接：

redis-cli --cluster reshard 127.0.0.1:7001

得到下面的反馈：

询问要移动多少个插槽，我们计划是3000个：

新的问题来了：

那个node来接收这些插槽？？

显然是7004，那么7004节点的id是多少呢？

复制这个id，然后拷贝到刚才的控制台后：

这里询问，你的插槽是从哪里移动过来的？

  • all：代表全部，也就是三个节点各转移一部分
  • 具体的id：目标节点的id
  • done：没有了

这里我们要从7001获取，因此填写7001的id：

填完后，点击done，这样插槽转移就准备好了：

确认要转移吗？输入yes：

然后，通过命令查看结果：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

可以看到：

目的达成。

4.4 故障转移

集群初识状态是这样的：

其中7001、7002、7003都是master，我们计划让7002宕机。

4.4.1 自动故障转移

当集群中有一个master宕机会发生什么呢？

直接停止一个redis实例，例如7002：

redis-cli -p 7002 shutdown

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：

4）当7002再次启动，就会变为一个slave节点了：

4.4.2 手动故障转移

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：

这种failover命令可以指定三种模式：

  • 缺省：默认的流程，如图1~6歩
  • force：省略了对offset的一致性校验
  • takeover：直接执行第5歩，忽略数据一致性、忽略master状态和其它master的意见

案例需求：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：

1）利用redis-cli连接7002这个节点

2）执行cluster failover命令

如图：

效果：

4.4.2 说明

  • 停止集群时，先停止slave，再停止master。
  • 如果master和slave都停止了，则某段slots不可再访问，获取对应值时会报错。

4.5 RedisTemplate访问分片集群

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：

1）引入redis的starter依赖

2）配置分片集群地址

3）配置读写分离

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:
        - 127.0.0.1:7001
        - 127.0.0.1:7002
        - 127.0.0.1:7003
        - 127.0.0.1:8001
        - 127.0.0.1:8002
        - 127.0.0.1:8003

文章来源:https://blog.csdn.net/guaituo0129/article/details/135735988
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