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【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理


【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_缓存

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🐼作者简介:一名大三在校生,喜欢AI编程🎋
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  • Redis快速入门到精通——实战开发🔥🔥🔥 🐓每日一句:🍭我很忙,但我要忙的有意义!
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文章目录

  • 4.Redis分片集群
  • 4.1.搭建分片集群
  • 4.2.散列插槽
  • 4.2.1.插槽原理
  • 4.2.1.小结
  • 4.3.集群伸缩
  • 4.3.1.需求分析
  • 4.3.2.创建新的redis实例
  • 4.3.3.添加新节点到redis
  • 4.3.4.转移插槽
  • 4.4.故障转移
  • 4.4.1.自动故障转移
  • 4.4.2.手动故障转移
  • 4.5.RedisTemplate访问分片集群
  • 欢迎添加微信,加入我的核心小队,请备注来意


4.Redis分片集群

Redis在3.0上加入了 Cluster 集群模式,实现了 Redis 的分布式存储,也就是说每台 Redis节点上存储不同的数据。但rediscluster发布得比较晚(2015年才发布),在这期间各个大厂在redis主从模式上开发了自己的集群,想进一步详细了请参考:聊聊Redis的各种集群方案、及优缺点对比。

Redis Cluster模式为了解决单机Redis容量有限的问题,将数据按一定的规则分配到多台机器,内存/QPS不受限于单机,可受益于分布式集群高扩展性。Redis Cluster是一种服务器Sharding技术(分片和路由都是在服务端实现),采用多主多从,每一个分区都是由一个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集群采用了P2P的模式,完全去中心化。

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_Redis_02

如上图,官方推荐,集群部署至少要 3 台以上的master节点,最好使用 3 主 3 从六个节点的模式。Redis Cluster集群具有如下几个特点:

  • 集群完全去中心化,采用多主多从;所有的redis节点彼此互联(PING-PONG机制),内部使用二进制协议优化传输速度和带宽。
  • 客户端与 Redis 节点直连,不需要中间代理层。客户端不需要连接集群所有节点,连接集群中任何一个可用节点即可。
  • 每一个分区都是由一个Redis主机和多个从机组成,片区和片区之间是相互平行的。
  • 每一个master节点负责维护一部分槽,以及槽所映射的键值数据。

redis cluster主要是针对海量数据+高并发+高可用的场景,海量数据,如果你的数据量很大,那么建议就用redis cluster,数据量不是很大时,使用sentinel就够了。redis cluster的性能和高可用性均优于哨兵模式。

4.1.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:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_数据库_03

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

具体搭建流程参考【Redis快速入门】Redis三种集群搭建配置(主从集群、哨兵集群、分片集群)

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_数据库_04

4.2.散列插槽

4.2.1.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:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_插槽_05

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。

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_redis_06

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

4.2.1.小结

Redis如何判断某个key应该在哪个实例?

  • 将16384个插槽分配到不同的实例
  • 根据key的有效部分计算哈希值,对16384取余
  • 余数作为插槽,寻找插槽所在实例即可

如何将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例?

  • 这一类数据使用相同的有效部分,例如key都以{typeId}为前缀

4.3.集群伸缩

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

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_Redis_07

比如,添加节点的命令:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_Redis_08

4.3.1.需求分析

需求:向集群中添加一个新的master节点,并向其中存储 num = 10

  • 启动一个新的redis实例,端口为7004
  • 添加7004到之前的集群,并作为一个master节点
  • 7004节点分配插槽,使得num这个key可以存储到7004实例

这里需要两个新的功能:

  • 添加一个节点到集群中
  • 将部分插槽分配到新插槽

4.3.2.创建新的redis实例

创建一个文件夹:

mkdir 7004

拷贝配置文件:

cp redis.conf /7004

修改配置文件:

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

启动

redis-server 7004/redis.conf

4.3.3.添加新节点到redis

添加节点的语法如下:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_插槽_09

执行命令:

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:

redis-cli -p 7001 cluster nodes

如图,7004加入了集群,并且默认是一个master节点:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_redis_10

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

4.3.4.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:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_Redis_11

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:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_数据库_12

具体命令如下:

建立连接:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_插槽_13

得到下面的反馈:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_数据库_14

询问要移动多少个插槽,我们计划是3000个:

新的问题来了:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_redis_15

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?

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_redis_16

复制这个id,然后拷贝到刚才的控制台后:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_数据库_17

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7001id

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_缓存_18

填完后,点击done,这样插槽转移就准备好了:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_Redis_19

确认要转移吗?输入yes

然后,通过命令查看结果:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_Redis_20

可以看到:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_Redis_21

目的达成。

4.4.故障转移

集群初识状态是这样的:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_缓存_22

其中7001、7002、7003都是master,我们计划让7002宕机。

4.4.1.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

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:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_Redis_23

3)最后是确定下线,自动提升一个slave为新的master

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_数据库_24

4)当7002再次启动,就会变为一个slave节点了:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_redis_25

4.4.2.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:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_Redis_26

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:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_缓存_27

效果:

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_缓存_28

4.5.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:

spring:
  redis:
    cluster:
      nodes:
        - 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

【Redis快速入门】深度学习Redis分片集群搭建及其原理_数据库_29

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