【Redis】内存数据库Redis进阶（Redis分片集群）

分布式缓存 Redis 四大问题

基于 Redis 集群解决单机 Redis 存在的四大问题：

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

搭建Redis分片集群

  分片集群需要的节点数量较多，这里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，结构图：

在同一台虚拟机中开启 6 个 Redis 实例，模拟分片集群，信息：

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

准备实例和配置：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 删除之前的7001、7002、7003这几个目录，避免配置干扰，重新创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录
rm -rf 7001 7002 7003
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

在 /tmp下准备一个新的 redis.conf 文件，内容如下：

port 6379
# 开启集群功能
cluster-enabled yes
# 集群的配置文件名称，不需要我们创建，由redis自己维护
cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf
# 节点心跳失败的超时时间
cluster-node-timeout 5000
# 持久化文件存放目录
dir /tmp/6379
# 绑定地址
bind 0.0.0.0
# 让redis后台运行
daemonize yes
# 注册的实例ip
replica-announce-ip 192.168.150.101
# 保护模式
protected-mode no
# 数据库数量
databases 1
# 日志
logfile /tmp/6379/run.log

将这个文件拷贝到每个目录下：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 执行拷贝
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 6379 修改为与所在目录一致：

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

因为已经配置了后台启动模式，所以可以直接启动服务：

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

通过 ps 查看状态：

ps -ef | grep redis

# 如果要关闭所有进程，可以执行命令
ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill# 或者（推荐这种方式）：
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown

  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。需要执行命令来创建集群，在 Redis 5.0 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）Redis 5.0之前

Redis 5.0 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。

# 安装依赖
yum -y install zlib ruby rubygems
gem install redis

然后通过命令来管理集群：

# 进入redis的src目录
cd /tmp/redis-6.2.4/src
# 创建集群
./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）Redis 5.0以后

使用的是Redis 6.2.4版本，集群管理以及集成到了 redis-cli 中，格式如下：

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。

查看集群状态：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

测试尝试连接7001节点，存储一个数据：

# 连接
redis-cli -p 7001
# 存储数据
set num 123
# 读取数据
get num
# 再次存储
set a 1# 报错
# (error) MOVED 15495 192.168.150.101:7003

集群操作时，需要给redis-cli加上-c参数才可以：

redis-cli -c -p 7001
# 读取数据
get num

redis-cli -c参数：连接集群结点时使用，此选项可防止 moved 和 ask 异常。

分片原理

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。

散列插槽（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。


查看集群状态：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

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。

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。

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。

集群伸缩

redis-cli --cluster提供了很多操作集群的命令，可以通过redis-cli --cluster help 查看，例如添加节点命令 add-node。

需求设定

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。
• 给 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。

配置集群伸缩

# 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

# 添加节点 add-node: new_host:new_port existing_host:existing_port
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

7004 加入了集群，并且默认是一个 master 节点，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。

转移插槽配置：

# 将num存储到7004节点，因此需要先看看num的插槽是多少
192.168.150.101:7003> get num
-> Redirected to slot [2765] located at 192.168.150.101:7001  # num的插槽为 2765
"123"

将 0~3000 的插槽从 7001 转移到 7004

[root@localhost tmp]redis-cli --cluster help
...
reshard     host:port--cluster-from <arg>--cluster-to <arg>--cluster-slots <arg>...[root@localhost tmp]redis-cli --cluster reshard 192.168.150.101:7001[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.
How many slots do you want to move(from 1 to 16384)? 3000   # 询问要移动多少个插槽，计划是3000个
What is the receiving node ID?  # 哪个node来接收这些插槽，配置是7004，那么7004节点的id是多少呢

前面一串就是 7004 节点的 id

继续询问，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

命令查看结果

# # 通过命令查看集群状态
[root@localhost tmp]redis-cli -p 7001 cluster node

故障转移

之前 7001、7002、7003 都是 master，我们计划让 7002 宕机。

自动故障转移

# 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
   

3. 最后是确定下线，自动提升一个 slave 为新的 master
   

4. 当 7002 再次启动，就会变为一个 slave 节点
   

手动故障转移

 &emsp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。

这种 failover 命令可以指定三种模式：

• 缺省：默认的流程，如图 1~6 步。
• force：省略了对 offset 的一致性校验。
• takeover：直接执行第 5 步，忽略数据一致性、忽略 master 状态和其它 master 的意见。

例子：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

redis-cli -p 7002
> cluster failover
OK

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。

【Redis】内存数据库Redis进阶（Redis哨兵集群）

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

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