redis集群去中心化

悠悠 2022-11-26 04:00 234阅读 0赞

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**1 Redis传统集群和分片集群**

**Redis传统集群都是基于主从复制+哨兵模式实现的**，采用不同的主从复制策略(如一主多从、树状主从)搭建Redis集群实现高可用，使用哨兵模式来进行Redis主机宕机之后的投票选举，实现自动化故障发现和转移，从而更好地保护Redis集群，最大化保证集群高可用。

在传统Redis集群模式中，也存在一些问题：

1.  一般都是使用一主多从或者树状主从的方式来搭建Redis集群的，**始终只有一个Redis主机来接收和处理写请求**，并且Redis主机和从机数据始终是保持完全同步的，随着业务复杂度升级，如果从机比较多的情况下，由于每个Redis从机本身的持久化机制，再加上Redis主机定时的数据同步，**数据同步效率必然会降低**，并且从机和主机数据始终是同步的，**存在大量冗余数据，浪费内存空间**，从而会对运行的Redis集群中的每个Redis服务器运行性能造成影响。

(2) 根据主从复制的读写分离原则，主机只能负责写操作，传统Redis集群只有一个主机，如果是高并发请求的情况下，那么就会导致这个Redis主机写操作的压力非常大，同时还会**加重同步数据到从机的负荷，并且****Key也不能分摊到其他Redis主机，一旦出现缓存雪崩问题就会导致大量Key同时失效，丢失很多重要的数据。**

**传统Redis集群任何时候都要保证****至少有一个Redis主机在正常运行****(除了Redis主机宕机后，哨兵模式正在投票选举的情况之外，因为投票选举结束之前，谁也不知道主机和从机是谁，此时Redis也会开启保护机制，禁止写操作，直到选举出了新的Redis主机)，是一种****中心化的集群实现方案，每个从机和主机的耦合度很高。**

**Redis分片集群对Redis集群进行分片，采用****多主多从****的方式实现Redis集群，****每一个分片都是由一个Redis主机和多个从机组成，片区和片区之间是相互平行的，Redis Cluster就是Redis 3.0+版本之后官方推荐的一种分片集群实现方式，主要是基于Hash卡槽(slot)和crc16(key)算法的实现策略来实现Redis集群分片和数据跨主机转移、共享。****这是一种****去中心化的集群解决方案****，可以实现****Redis动态扩容和缩容，****但是缺点就是****集群环境比较复杂，搭建成本高****。**

## **2 Redis Cluster去中心化分片集群** ##

Redis 3.0+版本开始官方推出了**去中心化分片****集群Redis**** ****Cluster**，原理**采用hash槽的概念**，**预先分配16384个卡槽**，**并且将该卡槽分配给****提供****具体服务的****Redis片区节点用来****存放每个Redis主机对应卡槽范围的数据****。**

**需要注意的是：**

(1) **hash卡槽只会分配给每个片区的主机，从机不会分配卡槽**

(2) **每个hash卡槽可以存放多个Key**

(3) **hash卡槽的目的是确认数据存放到哪个片区的Redis主机，实现Redis集群分摊Key，减少缓存雪崩导致数据丢失带来的意外风险。**

(4) **每个片区的Redis主机卡槽数都对应一个范围，多个片区之间卡槽数范围是等比分配的****(1:1，比如存在3个片区对应3个Redis主机，那么3个Redis主机的卡槽总数分别是：16384/3。3个Redis主机的卡槽范围分别是：**

**第一台Redis主机：0~5460**

**第二台Redis主机：5461~10921**

**第三台Redis主机：10922~16383**

(5) **对于每次读写操作的的Key值都会计算对应的卡槽数，根据计算出的卡槽数会把Key存入到卡槽区间范围包含这个卡槽数的Redis主机中，或者从包含这个Key卡槽数的卡槽范围的Redis主机中获取Key。**

(6) **Key的卡槽数计算是基于crc16算法实现的，根据每次写入/读取的Key的值不同，该算法会计算出不同的卡槽数，Key的卡槽数计算公式：**

**N(Key的卡槽数)=crc16(Key)%16384**

如果写入的Key计算出的卡槽数不在当前操作的Redis主机的卡槽数范围内，那么会自动把这个Key转发到卡槽范围包含这个Key的卡槽数的Redis主机中进行写操作。

同理，如果需要获取的Key计算出的卡槽数也不在当前操作的Redis主机卡槽范围内(当前操作的Redis主机中没有这个Key)，那么也会自动转发到包含这个Key的卡槽数的卡槽范围的Redis主机中去获取到这个Key。

Redis Cluster去中心化分片集群**使用Hash卡槽来确定和定位Key的读写位置，****最大的****优点是有利于Redis****动态扩容、缩容****，****把缓存雪崩数据丢失的风险降到最小。**

## **3 Redis Cluster去中心化分片集群环境搭建** ##

**搭建思路：在考虑到服务器资源的情况下，可以使用单机版服务器通过端口区分不同的Redis节点，搭建Redis伪集群。**

**Redis伪集群指的是：在一台服务器上实现Redis集群，使用不同的Redis配置文件启动不同的Redis服务，****使用端口区分不同的Redis服务****。**

1.  **批量复制redis解压目录**

mkdir rediscluster

cd rediscluster/

mkdir redis7000

mkdir redis7001

mkdir redis7002

mkdir redis7003

mkdir redis7004

mkdir redis7005

1.  **修改****每个****Redis目录下的redis.conf配置文件**

**daemonize yes \#****设置****后台启动**

**\# bind 127.0.0.1 \#\#注释绑定的本机ip**

**protected-mode no ; \#\#** **设置****允许外部访问**

**port 7005 \#修改端口号，从7000到7005****(通过不同端口号区分不同Redis服务)**

**Redis Cluster去中心化分片集群相关配置：**

**cluster-enabled yes \#开启cluster，去掉注释**

**cluster-config-file 7000nodes.conf \#自动生成****(端口号+nodes.conf，不能重复)**

**cluster-node-timeout 15000 \#节点通信时间**

**logfile   /usr/rediscluster/redis7005/redis.log**** (日志目录，三级目录尽量不要重复，区分不同端口运行的Redis服务的日志文件)**

1.  通过指定不同的redis.conf配置文件，分别启动每个端口的redis服务

/usr/redis/bin/redis-server /usr/rediscluster/redis7000/redis.conf

/usr/redis/bin/redis-server /usr/rediscluster/redis7001/redis.conf

/usr/redis/bin/redis-server /usr/rediscluster/redis7002/redis.conf

/usr/redis/bin/redis-server /usr/rediscluster/redis7003/redis.conf

/usr/redis/bin/redis-server /usr/rediscluster/redis7004/redis.conf

/usr/redis/bin/redis-server /usr/rediscluster/redis7005/redis.conf

1.  连接一个redis客户端，测试数据写入

/usr/redis/bin/redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000

![Image 1][]

**注意：提示如下异常表示没有使用Redis Cluster命令分配Hash卡槽，需要先使用Redis Cluster官方命令分配卡槽(Redis 5.0+版本以上，低版本不兼容，需要自行安装低版本的Hash卡槽分配插件，建议使用Redis 5.0+版本)**

**(error) CLUSTERDOWN Hash slot not served  说明没有分配hash槽**

解决方案：使用Redis Cluster命令分配Hash卡槽(默认分配16384个)：

/usr/redis/bin/redis-cli --cluster create  127.0.0.1:7000  127.0.0.1:7001  127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005  --cluster-replicas 1

**cluster-replicas 1 表示****等比****分配Hash卡槽****和从机****到每一个Redis主机****：**

**7000 Master**** 【0~5460 Hash slot(5461)】**** - 7003**** Slave**  
**7001 Master** **【****5461~10921 Hash slot****(5461)****】**** ****- 7004 Slave**  
**7002 Master** **【10922~16383 Hash slot****(5461)****】****- 7005 Slave**

注意：在使用命令进行Redis Cluster去中心化分片集群初始化的时候，建议最好使用真实服务器的ip地址搭建,否则如果客户端访问某个Redis主机的时候，如果指定的Key在这个Redis主机中不存在，那么根据Hash卡槽机制，会自动在服务器进行Redis主机转发和重定向，直到获取到Key。这样会导致客户端连接的Redis服务器ip地址全都变成127.0.0.1，再次连接就会失败。

执行Redis Cluster集群初始化命令的时候，会提示分配Redis Cluster去中心化分片集群中的主机、主机对应的卡槽、主机关联的从机：

![Image 1][]

**M表示是Master主机****，slots表示每个Redis主机分配的Hash卡槽范围**

**S表示是Slave从机，****replicates 后面的id表示从机对应的主机id**

Redis Cluster去中心化分片集群和环境搭建比手动配置主从复制实现传统Redis集群更加方便灵活，但是**这种基于Redis Cluster命令的方式实现Redis Cluster仅限于Redis 5.0+版本以上，低版本Redis实现Hash卡槽分配还是比较复杂的，需要自己安装第三方插件实现。**

再次运行，连接Redis客户端，发现还是报错

/usr/redis/bin/redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000

![Image 1][]

错误原因：**需要使用Redis Cluster方式连接Redis服务器**

解决方案：**加入-c扩展参数，表示连接到Redis Cluster去中心化分片集群服务**

**/usr/redis/bin/redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000** **–c**

/usr/redis/bin/redis-cli --cluster help

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[Image 1]: