Redis的哨兵模式

什么是哨兵模式

Redis提供了哨兵的命令，哨兵是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程，作為進(jìn)程，它會(huì)獨(dú)立運(yùn)行。其原理是哨兵通過(guò)發(fā)送命令，等待Redis服務(wù)器響應(yīng)，從而監(jiān)控運(yùn)行的多個(gè)Redis實(shí)例。

哨兵的工作原理

每個(gè)哨兵會(huì)向其它哨兵、master、slave定時(shí)發(fā)送消息，以確認(rèn)對(duì)方是否”活”著，如果發(fā)現(xiàn)對(duì)方在指定時(shí)間(可配置)內(nèi)未回應(yīng)，則暫時(shí)認(rèn)為對(duì)方主觀下線。若“哨兵群”中的半數(shù)sentinel，都報(bào)告某一master沒(méi)響應(yīng)，系統(tǒng)才認(rèn)為該master"徹底死亡"，即客觀下線。通過(guò)一定的vote算法，從剩下的slave節(jié)點(diǎn)中，選一臺(tái)提升為master，然后自動(dòng)修改相關(guān)配置。

實(shí)際上哨兵只是一個(gè)運(yùn)行在特殊模式下的 Redis 服務(wù)器，你可以在啟動(dòng)一個(gè)普通 Redis 服務(wù)器時(shí)通過(guò)給定 --sentinel 選項(xiàng)來(lái)啟動(dòng)哨兵(sentinel)。

哨兵的任務(wù)

• 監(jiān)控：哨兵(sentinel) 會(huì)不斷地檢查你的Master和Slave是否運(yùn)作正常。
• 提醒：當(dāng)被監(jiān)控的某個(gè) Redis出現(xiàn)問(wèn)題時(shí), 哨兵(sentinel) 可以通過(guò) API 向管理員或者其他應(yīng)用程序發(fā)送通知。
• 自動(dòng)故障遷移：當(dāng)一個(gè)Master不能正常工作時(shí)，哨兵(sentinel)會(huì)開(kāi)始一次自動(dòng)故障遷移操作,它會(huì)將失效Master的其中一個(gè)Slave升級(jí)為新的Master,并讓失效Master的其他Slave改為復(fù)制新的Master;當(dāng)客戶端試圖連接失效的Master時(shí),集群也會(huì)向客戶端返回新Master的地址,使得集群可以使用Master代替失效Master。

哨兵的作用

• 通過(guò)發(fā)送命令，讓Redis服務(wù)器返回監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)，包括主服務(wù)器和從服務(wù)器。
• 當(dāng)哨兵監(jiān)測(cè)到master宕機(jī)，會(huì)自動(dòng)將slave切換成master，然后通過(guò)發(fā)布訂閱模式通知其他的從服務(wù)器，修改配置文件，讓它們切換主機(jī)。

Redis集群

本篇文章對(duì)Redis集群的講解基于Redis官方提供的Redis Cluster模型來(lái)進(jìn)行。

什么是Redis集群

Redis集群提供一種方式自動(dòng)將數(shù)據(jù)分布在多個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)上。Redis 集群通過(guò)分區(qū)來(lái)提供一定程度的可用性： 即使集群中有一部分節(jié)點(diǎn)失效或者無(wú)法進(jìn)行通訊， 集群也可以繼續(xù)處理命令請(qǐng)求。

數(shù)據(jù)分片

Redis 集群使用數(shù)據(jù)分片而非一致性哈希來(lái)實(shí)現(xiàn)： 一個(gè) Redis 集群包含 16384 個(gè)哈希槽， 數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)鍵都屬于這 16384 個(gè)哈希槽的其中一個(gè)， 集群使用公式 CRC16(key) % 16384 來(lái)計(jì)算鍵 key 屬于哪個(gè)槽。集群中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理一部分哈希槽。

這種將哈希槽分布到不同節(jié)點(diǎn)的做法使得用戶可以很容易地向集群中添加或者刪除節(jié)點(diǎn)。 假設(shè)現(xiàn)在集群中有A,B,C,D四個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果我們現(xiàn)在想將新節(jié)點(diǎn)E添加到集群中，只需要將A,B,C,D的某些槽移動(dòng)到E就可以了。同理，如果我們要從集群中移除節(jié)點(diǎn) A ， 那么集群只需要將節(jié)點(diǎn) A 中的所有哈希槽移動(dòng)到B,C,D ， 然后再移除空白（不包含任何哈希槽）的節(jié)點(diǎn) A 就可以了。

因?yàn)閷⒁粋€(gè)哈希槽從一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)不會(huì)造成節(jié)點(diǎn)阻塞， 所以無(wú)論是添加新節(jié)點(diǎn)還是移除已存在節(jié)點(diǎn)， 又或者改變某個(gè)節(jié)點(diǎn)包含的哈希槽數(shù)量， 都不會(huì)造成集群下線。

集群的高可用性

集群支持主從復(fù)制和主節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移（與哨兵類似）；當(dāng)任一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，集群仍然可以對(duì)外提供服務(wù)。

集群狀態(tài)

當(dāng)每個(gè)槽都被分配完畢，集群就處于上線狀態(tài)，否則就處于下線狀態(tài)。

ASK錯(cuò)誤

當(dāng)客戶端向節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)于節(jié)點(diǎn)key的命令的時(shí)候，若發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)key不存在于源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)且源節(jié)點(diǎn)正在遷移槽i，則會(huì)向客戶端返回一個(gè)ASK錯(cuò)誤。當(dāng)客戶端收到ASK錯(cuò)誤后，從中讀取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地址信息，并向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)重新發(fā)送請(qǐng)求。

集群方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)集群方案時(shí)，至少要考慮以下因素：

• 高可用要求：根據(jù)故障轉(zhuǎn)移的原理，至少需要3個(gè)主節(jié)點(diǎn)才能完成故障轉(zhuǎn)移，且3個(gè)主節(jié)點(diǎn)不應(yīng)在同一臺(tái)物理機(jī)上；每個(gè)主節(jié)點(diǎn)至少需要1個(gè)從節(jié)點(diǎn)，且主從節(jié)點(diǎn)不應(yīng)在一臺(tái)物理機(jī)上；因此高可用集群至少包含6個(gè)節(jié)點(diǎn)。
• 數(shù)據(jù)量和訪問(wèn)量：估算應(yīng)用需要的數(shù)據(jù)量和總訪問(wèn)量(考慮業(yè)務(wù)發(fā)展，留有冗余)，結(jié)合每個(gè)主節(jié)點(diǎn)的容量和能承受的訪問(wèn)量(可以通過(guò)benchmark得到較準(zhǔn)確估計(jì))，計(jì)算需要的主節(jié)點(diǎn)數(shù)量。
• 節(jié)點(diǎn)數(shù)量限制：Redis官方給出的節(jié)點(diǎn)數(shù)量限制為1000，主要是考慮節(jié)點(diǎn)間通信帶來(lái)的消耗。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量避免大集群；如果節(jié)點(diǎn)數(shù)量不足以滿足應(yīng)用對(duì)Redis數(shù)據(jù)量和訪問(wèn)量的要求，可以考慮：(1)業(yè)務(wù)分割，大集群分為多個(gè)小集群；(2)減少不必要的數(shù)據(jù)；(3)調(diào)整數(shù)據(jù)過(guò)期策略等。
• 適度冗余：Redis可以在不影響集群服務(wù)的情況下增加節(jié)點(diǎn)，因此節(jié)點(diǎn)數(shù)量適當(dāng)冗余即可，不用太大。

Redis集群的優(yōu)勢(shì)

• 可以將數(shù)據(jù)自動(dòng)切分到多個(gè)節(jié)點(diǎn)
• 當(dāng)集群中的一部分節(jié)點(diǎn)失效或者無(wú)法進(jìn)行通訊時(shí)， 仍然可以繼續(xù)處理命令請(qǐng)求的能力

集群存在的一些不足

• 涉及多個(gè)key的操作通常是不被支持的。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)兩個(gè)set映射到不同的redis實(shí)例上時(shí)，你就不能對(duì)這兩個(gè)set執(zhí)行交集操作。
• 涉及多個(gè)key的redis事務(wù)不能使用。
• 不能保證集群內(nèi)的數(shù)據(jù)均衡。分區(qū)的粒度是key，如果某個(gè)key的值是巨大的set、list，無(wú)法進(jìn)行拆分。
• 增加或刪除容量也比較復(fù)雜。redis集群需要支持在運(yùn)行時(shí)增加、刪除節(jié)點(diǎn)的透明數(shù)據(jù)平衡的能力。

對(duì)Redis高可用性的總結(jié)

我們之前Redis系列的文章提到了持久化、主從復(fù)制、哨兵模式和Redis集群等概念，下面我們對(duì)其進(jìn)行總結(jié)：

• 持久化：持久化是最簡(jiǎn)單的高可用方法，主要作用是數(shù)據(jù)備份，即將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在硬盤(pán)，保證數(shù)據(jù)不會(huì)因進(jìn)程退出而丟失。
• 復(fù)制：復(fù)制是高可用Redis的基礎(chǔ)，哨兵和集群都是在復(fù)制基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高可用的。復(fù)制主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的多機(jī)備份，以及對(duì)于讀操作的負(fù)載均衡和簡(jiǎn)單的故障恢復(fù)。缺陷：故障恢復(fù)無(wú)法自動(dòng)化；寫(xiě)操作無(wú)法負(fù)載均衡；存儲(chǔ)能力受到單機(jī)的限制。
• 哨兵：在復(fù)制的基礎(chǔ)上，哨兵實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的故障恢復(fù)。缺陷：寫(xiě)操作無(wú)法負(fù)載均衡；存儲(chǔ)能力受到單機(jī)的限制。
• 集群：通過(guò)集群，Redis解決了寫(xiě)操作無(wú)法負(fù)載均衡，以及存儲(chǔ)能力受到單機(jī)限制的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了較為完善的高可用方案。

參考：Redis哨兵（Sentinel）模式
redis主從復(fù)制下哨兵模式—選舉原理
Redis集群的原理和搭建
深入學(xué)習(xí)Redis（5）：集群
深入學(xué)習(xí)Redis（4）：哨兵

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Redis(3)--哨兵模式，集群的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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