1 搭建分片集群

主從和哨兵可以解決高可用、高并發(fā)讀的問題。但是依然有兩個問題沒有解決：

• 海量數(shù)據(jù)存儲問題
• 高并發(fā)寫的問題

使用分片集群可以解決上述問題，如圖：

分片集群特征：

• 集群中有多個 master，每個 master 保存不同數(shù)據(jù)
• 每個 master 都可以有多個 slave 節(jié)點
• master 之間通過 ping 監(jiān)測彼此健康狀態(tài)
• 客戶端請求可以訪問集群任意節(jié)點，最終都會被轉(zhuǎn)發(fā)到正確節(jié)點

1.1 集群結(jié)構(gòu)

分片集群需要的節(jié)點數(shù)量較多，這里我們搭建一個最小的分片集群，包含 3 個 master 節(jié)點，每個 master 包含一個 slave 節(jié)點。

這里我們會在同一臺虛擬機中開啟 6 個 redis 實例，模擬分片集群，信息如下：

1.2 準(zhǔn)備實例和配置

這里不在 /tmp 目錄下也可以，建議在 home/用戶名/ 目錄下創(chuàng)建一個新的目錄代替 /tmp ，例如我是在 home/horizon/ 目錄下新建了 redis-cluster-test 目錄，所以我接下來的操作都是在 home/horizon/redis-cluster-test 中進行的，在下面涉及到 /tmp 的配置或操作都需要先修改為 /redis-cluster-test 再操作。

刪除之前的 7001、7002、7003 這幾個目錄，重新創(chuàng)建出 7001、7002、7003、8001、8002、8003 目錄：

# 進入/redis-cluster-test目錄
cd /redis-cluster-test
# 刪除舊的，避免配置干擾
rm -rf 7001 7002 7003
# 創(chuàng)建目錄
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

在 /redis-cluster-test 下準(zhǔn)備一個新的 redis.conf 文件，內(nèi)容如下：

port 6379
# 開啟集群功能
cluster-enabled yes
# 集群的配置文件名稱，不需要我們創(chuàng)建，由redis自己維護
cluster-config-file /redis-cluster-test/6379/nodes.conf
# 節(jié)點心跳失敗的超時時間
cluster-node-timeout 5000
# 持久化文件存放目錄
dir /redis-cluster-test/6379
# 綁定地址
bind 0.0.0.0
# 讓redis后臺運行
daemonize yes
# 注冊的實例ip
replica-announce-ip 192.168.150.101
# 保護模式
protected-mode no
# 數(shù)據(jù)庫數(shù)量
databases 1
# 日志
logfile /redis-cluster-test/6379/run.log

將這個文件拷貝到每個目錄下：

# 進入/tmp目錄
cd /tmp
# 執(zhí)行拷貝
echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf

修改每個目錄下的 redis.conf，將其中的 6379 修改為與所在目錄一致：

# 進入/tmp目錄
cd /tmp
# 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

1.3 啟動

因為已經(jīng)配置了后臺啟動模式，所以可以直接啟動服務(wù)：

# 進入/tmp目錄
cd /tmp
# 一鍵啟動所有服務(wù)
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf

通過 ps 查看狀態(tài)：

ps -ef | grep redis

發(fā)現(xiàn)服務(wù)都已經(jīng)正常啟動：

如果要關(guān)閉所有進程，可以執(zhí)行命令：

ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill

或者（推薦這種方式）：

printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown

1.4 創(chuàng)建集群

雖然服務(wù)啟動了，但是目前每個服務(wù)之間都是獨立的，沒有任何關(guān)聯(lián)。

我們需要執(zhí)行命令來創(chuàng)建集群，在 Redis5.0 之前創(chuàng)建集群比較麻煩，5.0 之后集群管理命令都集成到了 redis-cli 中。

我們使用的是 5.0 之后的版本，集群管理以及集成到了 redis-cli 中，格式如下：

redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.150.101:7001 192.168.150.101:7002 192.168.150.101:7003 192.168.150.101:8001 192.168.150.101:8002 192.168.150.101:8003

命令說明：

• redis-cli --cluster 或者 ./redis-trib.rb ：代表集群操作命令
• create ：代表是創(chuàng)建集群
• --replicas 1 或者 --cluster-replicas 1 ：指定集群中每個 master 的副本個數(shù)為 1，此時“節(jié)點總數(shù) ÷ (replicas + 1) ”得到的就是 master 的數(shù)量。因此節(jié)點列表中的前 n 個就是 master，其它節(jié)點都是 slave 節(jié)點，隨機分配到不同 master

運行后的樣子：

這里輸入 yes，則集群開始創(chuàng)建：

通過命令可以查看集群狀態(tài)：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

1.5 測試

嘗試連接 7001 節(jié)點，存儲一個數(shù)據(jù)：

# 連接
redis-cli -c -p 7001
# 存儲數(shù)據(jù)
set num 123
# 讀取數(shù)據(jù)
get num
# 再次存儲
set a 1

2 散列插槽

2.1 插槽原理

Redis 會把每一個 master 節(jié)點映射到 0~16383 共 16384 個插槽（hash slot）上，查看集群信息時就能看到：

數(shù)據(jù) key 不是與節(jié)點綁定，而是與插槽綁定。redis 會根據(jù) key 的有效部分計算插槽值，分兩種情況：

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

例如：key 是 num，那么就根據(jù) num 計算，如果 key 是 {itcast}num，則根據(jù) itcast 計算。計算方式是利用 CRC16 算法得到一個 hash 值，然后對 16384 取余，得到的結(jié)果就是 slot 值。

如圖，在 7001 這個節(jié)點執(zhí)行 set a 1 時，對 a 做 hash 運算，對 16384 取余，得到的結(jié)果是 15495，因此要存儲到 7003 節(jié)點。

到了 7003 后，執(zhí)行 get num 時，對 num 做 hash 運算，對 16384 取余，得到的結(jié)果是 2765，因此需要切換到 7001 節(jié)點。

Redis 如何判斷某個 key 應(yīng)該在哪個實例？

• 將 16384 個插槽分配到不同的實例
• 根據(jù) key 的有效部分計算哈希值，對 16384 取余
• 余數(shù)作為插槽，尋找插槽所在實例即可

如何將同一類數(shù)據(jù)固定的保存在同一個 Redis 實例？

• 這一類數(shù)據(jù)使用相同的有效部分，例如 key 都以 {typeId} 為前綴

3 集群伸縮

redis-cli --cluster 提供了很多操作集群的命令，可以通過下面方式查看：

比如，添加節(jié)點的命令：

3.1 需求分析

需求：向集群中添加一個新的 master 節(jié)點，并向其中存儲 num = 10

• 啟動一個新的 redis 實例，端口為 7004
• 添加 7004 到之前的集群，并作為一個 master 節(jié)點
• 給 7004 節(jié)點分配插槽，使得 num 這個 key 可以存儲到 7004 實例

這里需要兩個新的功能：

• 添加一個節(jié)點到集群中
• 將部分插槽分配到新插槽

3.2 創(chuàng)建新的 redis 實例

創(chuàng)建一個文件夾：

mkdir 7004

拷貝配置文件：

cp redis.conf /7004

修改配置文件：

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

啟動：

redis-server 7004/redis.conf

3.3 添加新節(jié)點到 redis

添加節(jié)點的語法如下：

執(zhí)行命令：

redis-cli --cluster add-node 172.31.76.134:7004 172.31.76.134:7001

通過命令查看集群狀態(tài)：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

如圖，7004 加入了集群，并且默認(rèn)是一個 master 節(jié)點：

但是，可以看到 7004 節(jié)點的插槽數(shù)量為 0，因此沒有任何數(shù)據(jù)可以存儲到 7004 上。

3.4 轉(zhuǎn)移插槽

我們要將 num 存儲到 7004 節(jié)點，因此需要先看看 num 的插槽是多少：

如上圖所示，num 的插槽為 2765。

我們可以將 0~3000 的插槽從 7001 轉(zhuǎn)移到 7004，具體命令如下：

建立連接：

redis-cli --cluster reshard 172.31.76.134:7001

得到下面的反饋：

詢問要移動多少個插槽，我們計劃是3000個：

新的問題來了：

哪個 node 來接收這些插槽？？

顯然是 7004，那么 7004 節(jié)點的 id 是多少呢？

復(fù)制這個 id，然后拷貝到剛才的控制臺后：

這里詢問，你的插槽是從哪里移動過來的？

• all：代表全部，也就是三個節(jié)點各轉(zhuǎn)移一部分
• 具體的 id：目標(biāo)節(jié)點的 id
• done：沒有了

這里我們要從 7001 獲取，因此填寫 7001 的 id。

填完后，點擊done，這樣插槽轉(zhuǎn)移就準(zhǔn)備好了。

確認(rèn)要轉(zhuǎn)移嗎？輸入 yes。

然后，通過命令查看結(jié)果，可以看到： 

目的達成。

4 故障轉(zhuǎn)移

集群初始狀態(tài)是這樣的：

其中 7001、7002、7003 都是 master，我們計劃讓 7002 宕機。

4.1 自動故障轉(zhuǎn)移

當(dāng)集群中有一個 master 宕機會發(fā)生什么呢？

直接停止一個 redis 實例，例如 7002：

redis-cli -p 7002 shutdown

• 首先是該實例與其它實例失去連接
• 然后是疑似宕機
• 最后是確定下線，自動提升一個 slave 為新的 master
• 當(dāng) 7002 再次啟動，就會變?yōu)橐粋€ slave 節(jié)點了

4.2 手動故障轉(zhuǎn)移

利用 cluster failover 命令可以手動讓集群中的某個 master 宕機，切換到執(zhí)行 cluster failover 命令的這個 slave 節(jié)點，實現(xiàn)無感知的數(shù)據(jù)遷移。其流程如下：

這種 failover 命令可以指定三種模式：

• 缺?。耗J(rèn)的流程，如圖 1~6 步
• force：省略了對 offset 的一致性校驗
• takeover：直接執(zhí)行第 5 步，忽略數(shù)據(jù)一致性、忽略 master 狀態(tài)和其它 master 的意見

案例需求：

在 7002 這個 slave 節(jié)點執(zhí)行手動故障轉(zhuǎn)移，重新奪回 master 地位

步驟如下：

• 利用 redis-cli 連接 7002 這個節(jié)點
• 執(zhí)行 cluster failover 命令

如圖：

效果：

5 RedisTemplate訪問分片集群

RedisTemplate 底層同樣基于 lettuce 實現(xiàn)了分片集群的支持，而使用的步驟與哨兵模式基本一致：

• 引入 redis 的 starter 依賴
• 配置分片集群地址
• 配置讀寫分離

與哨兵模式相比，其中只有分片集群的配置方式略有差異，如下：

spring:
  redis:
    cluster:
      nodes:
        - 172.31.76.134:7001
        - 172.31.76.134:7002
        - 172.31.76.134:7003
        - 172.31.76.134:8001
        - 172.31.76.134:8002
        - 172.31.76.134:8003

到此這篇關(guān)于Redis 分片集群搭建與故障轉(zhuǎn)移實戰(zhàn)指南(推薦)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis 分片集群搭建內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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