1. RDB持久化造成Redis緩慢

??在使用 RDB 進行持久化時，Redis 會 fork 子進程來完成，fork 操作的用時和 Redis 的數據量是正相關的，而 fork 在執行時會阻塞主線程。數據量越大，fork 操作造成的主線程阻塞的時間越長。所以，在使用 RDB 對 25GB 的數據進行持久化時，數據量較大，后臺運行的子進程在 fork 創建時阻塞了主線程，于是就導致Redis 響應變慢了。
??切片集群，也叫分片集群，就是指啟動多個 Redis 實例組成一個集群，然后按照一定的規則，把收到的數據劃分成多份，每一份用一個實例來保存?；氐轿覀儎倓偟膱鼍爸?#xff0c;如果把 25GB 的數據平均分成 5 份（當然，也可以不做均分），使用 5 個實例來保存，每個實例只需要保存 5GB 數據。如下圖所示：

??那么，在切片集群中，實例在為 5GB 數據生成 RDB 時，數據量就小了很多，fork 子進程一般不會給主線程帶來較長時間的阻塞。采用多個實例保存數據切片后，我們既能保存25GB 數據，又避免了 fork 子進程阻塞主線程而導致的響應突然變慢。
??在剛剛的案例里，為了保存大量數據，我們使用了大內存云主機和切片集群兩種方法。實際上，這兩種方法分別對應著 Redis 應對數據量增多的兩種方案：縱向擴展（scale up）和橫向擴展（scale out）。

• 縱向擴展：升級單個 Redis 實例的資源配置，包括增加內存容量、增加磁盤容量、使用更高配置的 CPU。就像下圖中，原來的實例內存是 8GB，硬盤是 50GB，縱向擴展后，內存增加到 24GB，磁盤增加到 150GB。
• 橫向擴展：橫向增加當前 Redis 實例的個數，就像下圖中，原來使用 1 個 8GB 內存、50GB 磁盤的實例，現在使用三個相同配置的實例。
  
  ??那么，這兩種方式的優缺點分別是什么呢？
  ??首先，縱向擴展的好處是，實施起來簡單、直接。不過，這個方案也面臨兩個潛在的問題。
  ??第一個問題是，當使用 RDB 對數據進行持久化時，如果數據量增加，需要的內存也會增加，主線程 fork 子進程時就可能會阻塞（比如剛剛的例子中的情況）。不過，如果你不要求持久化保存 Redis 數據，那么，縱向擴展會是一個不錯的選擇。
  ??你還要面對第二個問題：縱向擴展會受到硬件和成本的限制。這很容易理解，畢竟，把內存從 32GB 擴展到 64GB 還算容易，但是，要想擴充到 1TB，就會面臨硬件容量和成本上的限制了。
  ??與縱向擴展相比，橫向擴展是一個擴展性更好的方案。這是因為，要想保存更多的數據，采用這種方案的話，只用增加 Redis 的實例個數就行了，不用擔心單個實例的硬件和成本限制。在面向百萬、千萬級別的用戶規模時，橫向擴展的 Redis 切片集群會是一個非常好的選擇。

??不過，在只使用單個實例的時候，數據存在哪兒，客戶端訪問哪兒，都是非常明確的，但是，切片集群不可避免地涉及到多個實例的分布式管理問題。要想把切片集群用起來，我們就需要解決兩大問題：

• 數據切片后，在多個實例之間如何分布？
• 客戶端怎么確定想要訪問的數據在哪個實例上？

2.數據切片和實例的對應分布關系

??Redis Cluster 方案采用哈希槽（Hash Slot，接下來我會直接稱之為 Slot），來處理數據和實例之間的映射關系。在 Redis Cluster 方案中，一個切片集群共有 16384個哈希槽，這些哈希槽類似于數據分區，每個鍵值對都會根據它的 key，被映射到一個哈希槽中。
??具體的映射過程分為兩大步：首先根據鍵值對的 key，按照CRC16 算法計算一個 16 bit的值；然后，再用這個 16bit 值對 16384 取模，得到 0~16383 范圍內的模數，每個模數代表一個相應編號的哈希槽。
我們在部署 Redis Cluster 方案時，
??可以使用 cluster create 命令創建集群，此時，Redis會自動把這些槽平均分布在集群實例上。例如，如果集群中有 N 個實例，那么，每個實例上的槽個數為 16384/N 個。當然，我們也可以使用 cluster meet 命令手動建立實例間的連接，形成集群，再使用cluster addslots 命令，指定每個實例上的哈希槽個數。

??示意圖中的切片集群一共有 3 個實例，同時假設有 5 個哈希槽，我們首先可以通過下面的命令手動分配哈希槽：實例 1 保存哈希槽 0 和 1，實例 2 保存哈希槽 2 和 3，實例 3 保存哈希槽 4。

??在集群運行的過程中，key1 和 key2 計算完 CRC16 值后，對哈希槽總個數 5 取模，再根據各自的模數結果，就可以被映射到對應的實例 1 和實例 3 上了。另外，我再給你一個小提醒，在手動分配哈希槽時，需要把 16384 個槽都分配完，否則Redis 集群無法正常工作。

客戶端如何定位數據

??在定位鍵值對數據時，它所處的哈希槽是可以通過計算得到的，這個計算可以在客戶端發送請求時來執行。客戶端和集群實例建立連接后，實例就會把哈希槽的分配信息發給客戶端。Redis 實例會把自己的哈希槽信息發給和它相連接的其它實例，來完成哈希槽分配信息的擴散。當實例之間相互連接后，每個實例就有所有哈希槽的映射關系了。
??客戶端收到哈希槽信息后，會把哈希槽信息緩存在本地。當客戶端請求鍵值對時，會先計算鍵所對應的哈希槽，然后就可以給相應的實例發送請求了。
??在集群中，實例和哈希槽的對應關系并不是一成不變的，最常見的變化有兩個：

• 在集群中，實例有新增或刪除，Redis 需要重新分配哈希槽；
• 為了負載均衡，Redis 需要把哈希槽在所有實例上重新分布一遍。

??此時，實例之間還可以通過相互傳遞消息，獲得最新的哈希槽分配信息，但是，客戶端是無法主動感知這些變化的。這就會導致，它緩存的分配信息和最新的分配信息就不一致。
??Redis Cluster 方案提供了一種重定向機制，所謂的“重定向”，就是指，客戶端給一個實例發送數據讀寫操作時，這個實例上并沒有相應的數據，客戶端要再給一個新實例發送操作命令。那客戶端又是怎么知道重定向時的新實例的訪問地址呢？當客戶端把一個鍵值對的操作請求發給一個實例時，如果這個實例上并沒有這個鍵值對映射的哈希槽，那么，這個實例就會給客戶端返回下面的 MOVED 命令響應結果，這個結果中就包含了新實例的訪問地址。

??其中，MOVED 命令表示，客戶端請求的鍵值對所在的哈槽 13320，實際是在172.16.19.5 這個實例上。通過返回的 MOVED 命令，就相當于把哈希槽所在的新實例的信息告訴給客戶端了。這樣一來，客戶端就可以直接和 172.16.19.5 連接，并發送操作請求了。
??我畫一張圖來說明一下，MOVED 重定向命令的使用方法?？梢钥吹?#xff0c;由于負載均衡，Slot2 中的數據已經從實例 2 遷移到了實例 3，但是，客戶端緩存仍然記錄著“Slot 2 在實例 2”的信息，所以會給實例 2 發送命令。實例 2 給客戶端返回一條 MOVED 命令，把Slot2 的最新位置（也就是在實例 3 上），返回給客戶端，客戶端就會再次向實例 3 發送請求，同時還會更新本地緩存，把 Slot 2 與實例的對應關系更新過來。

需要注意的是，在上圖中，當客戶端給實例 2 發送命令時，Slot 2 中的數據已經全部遷移到了實例 3。在實際應用時，
如果 Slot 2 中的數據比較多，就可能會出現一種情況：客戶端向實例 2 發送請求，但此時，Slot 2 中的數據只有一部分遷移到了實例 3，還有部分數據沒有遷移。在這種遷移部分完成的情況下，客戶端就會收到一條 ASK 報錯信息，如下所示：

這個結果中的 ASK 命令就表示，客戶端請求的鍵值對所在的哈希槽 13320，在172.16.19.5 這個實例上，但是這個哈希槽正在遷移。此時，客戶端需要先給 172.16.19.5這個實例發送一個 ASKING 命令。這個命令的意思是，讓這個實例允許執行客戶端接下來發送的命令。然后，客戶端再向這個實例發送 GET 命令，以讀取數據。

和 MOVED 命令不同，ASK 命令并不會更新客戶端緩存的哈希槽分配信息。所以，在上圖中，如果客戶端再次請求 Slot 2 中的數據，它還是會給實例 2 發送請求。這也就是說，ASK 命令的作用只是讓客戶端能給新實例發送一次請求，而不像 MOVED 命令那樣，會更改本地緩存，讓后續所有命令都發往新實例。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的07丨切片集群：数据增多了，是该加内存还是加实例的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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