Redis分片集群搭建(散列插槽、集群伸缩、故障转移、RedisTemplate配置)

深碍√TFBOYSˉ_ 2024-03-22 11:16 115阅读 0赞

文章目录

    • 1 搭建分片集群
      • 1.1 集群结构
      • 1.2.准备实例和配置
      • 1.3.启动
      • 1.4.创建集群
      • 1.5.测试
    • 2.散列插槽
      • 2.1.插槽原理
      • 3.4.转移插槽
    • 4.故障转移
      • 4.1.自动故障转移
      • 4.2.手动故障转移
    • 5.RedisTemplate访问分片集群

1 搭建分片集群

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:

image-20210725155747294

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

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：

image-20210702164116027

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
192.168.150.101 7001 master
192.168.150.101 7002 master
192.168.150.101 7003 master
192.168.150.101 8001 slave
192.168.150.101 8002 slave
192.168.150.101 8003 slave

1.2.准备实例和配置

删除之前的7001、7002、7003这几个目录，重新创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录：

  1. # 进入/tmp目录
  2. cd /tmp
  3. # 删除旧的，避免配置干扰
  4. rm -rf 7001 7002 7003
  5. # 创建目录
  6. mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

在/tmp下准备一个新的redis.conf文件，内容如下：

  1. port 6379
  2. # 开启集群功能
  3. cluster-enabled yes
  4. # 集群的配置文件名称，不需要我们创建，由redis自己维护
  5. cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf
  6. # 节点心跳失败的超时时间
  7. cluster-node-timeout 5000
  8. # 持久化文件存放目录
  9. dir /tmp/6379
  10. # 绑定地址 任何人都可以访问
  11. bind 0.0.0.0
  12. # 让redis后台运行 守护进程
  13. daemonize yes
  14. # 注册的实例ip
  15. replica-announce-ip 192.168.150.101
  16. # 保护模式
  17. protected-mode no
  18. # 数据库数量
  19. databases 1
  20. # 日志
  21. logfile /tmp/6379/run.log

将这个文件拷贝到每个目录下：

  1. # 进入/tmp目录
  2. cd /tmp
  3. # 执行拷贝
  4. echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf

修改每个目录下的redis.conf，将其中的端口6379修改为与所在目录名一致：

  1. # 进入/tmp目录
  2. cd /tmp
  3. # 修改配置文件
  4. printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t sed -i 's/6379/{}/g' {}/redis.conf

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：

  1. # 进入/tmp目录
  2. cd /tmp
  3. # 一键启动所有服务
  4. printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf

通过ps查看状态：

  1. ps -ef | grep redis

发现服务都已经正常启动：

image-20210702174255799

如果要关闭所有进程，可以执行命令：

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

或者（推荐这种方式）：

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

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。

  1. # 安装依赖
  2. yum -y install zlib ruby rubygems
  3. gem install redis

然后通过命令来管理集群：

  1. # 进入redis的src目录
  2. cd /tmp/redis-6.2.4/src
  3. # 创建集群
  4. ./redis-trib.rb create --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

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：

  1. 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

这里的1代表主从比例=1:1, 所以前三个是主, 后三个是从节点.

运行后的样子：

f0c6940873da8ab6cffe883fde84282f.png

这里输入yes，则集群开始创建：

image-20210702181215705

通过命令可以查看集群状态：

  1. redis-cli -p 7001 cluster nodes

image-20210702181922809

1.5.测试

尝试连接7001节点，存储一个数据：

  1. # 连接
  2. redis-cli -p 7001
  3. # 存储数据
  4. set num 123
  5. # 读取数据
  6. get num
  7. # 再次存储
  8. set a 1

结果悲剧了：

image-20210702182343979

集群操作时，需要给redis-cli加上-c参数才可以：

  1. redis-cli -c -p 7001

这次可以了：

image-20210702182602145

2.散列插槽

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：

image-20210725155820320

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。

image-20210725155850200

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.

image-20210725160448139

执行命令：

  1. redis-cli --cluster add-node  192.168.150.101:7004 192.168.150.101:7001

通过命令查看集群状态：

  1. redis-cli -p 7001 cluster nodes

如图，7004加入了集群，并且默认是一个master节点：

a1da8c1ce7fc4875ad4eb58861726f52.png

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。

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：

image-20210725161241793

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：

image-20210725161401925

具体命令如下：

建立连接：

image-20210725161506241

得到下面的反馈：

image-20210725161540841

询问要移动多少个插槽，我们计划是3000个：

新的问题来了：

image-20210725161637152

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？

image-20210725161731738

复制这个id，然后拷贝到刚才的控制台后：

image-20210725161817642

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：

image-20210725162030478

填完后，点击done，这样插槽转移就准备好了：

image-20210725162101228

确认要转移吗？输入yes：

然后，通过命令查看结果：

image-20210725162145497

可以看到：

image-20210725162224058

目的达成。

4.故障转移

集群初识状态是这样的：

image-20210727161152065

其中7001、7002、7003都是master，我们计划让7002宕机。

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：

  1. 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：

image-20210725162319490

3）最后是确定下线，自动提升一个slave为新的master：

image-20210725162408979

4）当7002再次启动，就会变为一个slave节点了：

image-20210727160803386

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：

image-20210725162441407

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：

image-20210727160037766

效果：

image-20210727161152065

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：

  1. spring:
  2.   redis:
  3.     cluster:
  4.       nodes:
  5.         - 192.168.150.101:7001
  6.         - 192.168.150.101:7002
  7.         - 192.168.150.101:7003
  8.         - 192.168.150.101:8001
  9.         - 192.168.150.101:8002
  10.         - 192.168.150.101:8003

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