【Redis高级-集群分片】

单机安装Redis

首先需要安装Redis所需要的依赖：

yum install -y gcc tcl

Redis安装包上传到虚拟机的任意目录：

我放到了/tmp目录：

解压缩：

tar -zxvf /tmp/redis-6.2.4.tar.gz -C /tmp

解压后：

进入redis目录：

cd /tmp/redis-6.2.4/

运行编译命令：

make && make install

如果没有出错，应该就安装成功了。

然后修改redis.conf文件中的一些配置：

vim /tmp/redis-6.2.4/redis.conf# 绑定地址，默认是127.0.0.1，会导致只能在本地访问。修改为0.0.0.0则可以在任意IP访问
bind 0.0.0.0

启动Redis：

redis-server /tmp/redis-6.2.4/redis.conf

停止redis服务：

redis-cli shutdown

Redis主从集群

集群结构

我们搭建的主从集群结构如图：

共包含三个节点，一个主节点，两个从节点。

这里我们会在同一台虚拟机中开启3个redis实例，模拟主从集群，信息如下：

IP	PORT	角色
192.168.136.130	7001	master
192.168.136.130	7002	slave
192.168.136.130	7003	slave

准备实例和配置

要在同一台虚拟机开启3个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。

1）创建目录

我们创建三个文件夹，名字分别叫7001、7002、7003：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003

如图：

2）恢复原始配置（跳过）

修改redis-6.2.4/redis.conf文件，将其中的持久化模式改为默认的RDB模式，AOF保持关闭状态。

# 开启RDB
# save ""
save 3600 1
save 300 100
save 60 10000# 关闭AOF
appendonly no

3）拷贝配置文件到每个实例目录

然后将redis-6.2.4/redis.conf文件拷贝到三个目录中（在/tmp目录执行下列命令）：

# 进入/tmp目录
cd /tmp# 方式一：逐个拷贝
cp redis-6.2.4/redis.conf 7001
cp redis-6.2.4/redis.conf 7002
cp redis-6.2.4/redis.conf 7003# 方式二：管道组合命令，一键拷贝
echo 7001 7002 7003 | xargs -t -n 1 cp redis-6.2.4/redis.conf

xargs:用来读取标准输入和管道中的数据
默认以空格、Tab制表符、回车符为分隔符和结束符
-n 指一次性读取几个参数
-t 表示先打印命令，然后再执行
-I{} 指定要替换的字符串

4）修改每个实例的端口、工作目录

修改每个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为7001、7002、7003，将rdb文件保存位置都修改为自己所在目录（在/tmp目录执行下列命令）：

# 进入/tmp目录
cd /tmpsed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7001\//g' 7001/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7002\//g' 7002/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7003\//g' 7003/redis.conf

sed:利用脚本来处理文本文件
选项:
-i 直接修改读取的文件内容
-e 执行后面的命令
动作:
s 查询替代
g 全局
数字代表操作的行数
a 在当前行的新建一行插入跟着的字符串

5）修改每个实例的声明IP

虚拟机本身有多个IP，为了避免将来混乱，我们需要在redis.conf文件中指定每一个实例的绑定ip信息，格式如下：

# redis实例的声明 IP
replica-announce-ip 192.168.136.130

每个目录都要改，我们一键完成修改（在/tmp目录执行下列命令）：

# 进入/tmp目录
cd /tmp# 逐一执行
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.136.130' 7001/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.136.130' 7002/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.136.130' 7003/redis.conf# 或者一键修改
printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.136.130' {}/redis.conf

启动

为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令：

# 第1个
redis-server /tmp/7001/redis.conf
# 第2个
redis-server /tmp/7002/redis.conf
# 第3个
redis-server /tmp/7003/redis.conf

启动后：

如果要一键停止，可以运行下面命令：

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

开启主从关系

现在三个实例还没有任何关系，要配置主从可以使用replicaof 或者slaveof（5.0以前）命令。

有临时和永久两种模式：

• 修改配置文件（永久生效）

• 在redis.conf中添加一行配置：slaveof <masterip> <masterport>

• 使用redis-cli客户端连接到redis服务，执行slaveof命令（重启后失效）：

slaveof <masterip> <masterport>

注意 ：在5.0以后新增命令replicaof，与salveof效果一致。

这里我们为了演示方便，使用方式二。

通过redis-cli命令连接7002，执行下面命令：

# 连接 7002
redis-cli -p 7002
# 执行slaveof
replicaof 192.168.136.130 7001

通过redis-cli命令连接7003，执行下面命令：

# 连接 7003
redis-cli -p 7003
# 执行slaveof
replicaof 192.168.136.130 7001

然后连接 7001节点，查看集群状态：

# 连接 7001
redis-cli -p 7001
# 查看状态
info replication

结果：

测试

执行下列操作以测试：

• 利用redis-cli连接7001，执行set num 123

• 利用redis-cli连接7002，执行get num，再执行set num 666

• 利用redis-cli连接7003，执行get num，再执行set num 888

可以发现，只有在7001这个master节点上可以执行写操作，7002和7003这两个slave节点只能执行读操作。

搭建哨兵集群

集群结构

这里我们搭建一个三节点形成的Sentinel集群，来监管之前的Redis主从集群。如图：

三个sentinel实例信息如下：

节点	IP	PORT
s1	192.168.136.130	27001
s2	192.168.136.130	27002
s3	192.168.136.130	27003

准备实例和配置

要在同一台虚拟机开启3个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。

我们创建三个文件夹，名字分别叫s1、s2、s3：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir s1 s2 s3

如图：

然后我们在s1目录创建一个sentinel.conf文件

cd s1
vim sentinel.conf

添加下面的内容(按下 i)：

port 27001
sentinel announce-ip 192.168.136.130
sentinel monitor mymaster 192.168.136.130 7001 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
dir "/tmp/s1"

添加完成后保存退出

esc 退出
:wq 保存

解读：

• port 27001：是当前sentinel实例的端口

• sentinel monitor mymaster 192.168.136.130 7001 2：指定主节点信息

• mymaster：主节点名称，自定义，任意写

• 192.168.136.130 7001：主节点的ip和端口

• 2：判断主节点客观下线的哨兵数量阈值

• sentinel down-after-milliseconds: 配置对主节点、从节点和哨兵节点的主观下线的时间,默认30s

• sentinel failover-timeout:设置故障转移每个阶段的超时时间,默认180s,如果超时,则下次该值会变为原来的2倍

然后将s1/sentinel.conf文件拷贝到s2、s3两个目录中（在/tmp目录执行下列命令）：

# 进入/tmp目录
cd /tmp# 方式一：逐个拷贝
cp s1/sentinel.conf s2
cp s1/sentinel.conf s3# 方式二：管道组合命令，一键拷贝
echo s2 s3 | xargs -t -n 1 cp /tmp/s1/sentinel.conf

修改s2、s3两个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为27002、27003：

sed -i -e 's/27001/27002/g' -e 's/s1/s2/g' /tmp/s2/sentinel.conf
sed -i -e 's/27001/27003/g' -e 's/s1/s3/g' /tmp/s3/sentinel.conf

启动

为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令：

# 第1个
redis-sentinel /tmp/s1/sentinel.conf
# 第2个
redis-sentinel /tmp/s2/sentinel.conf
# 第3个
redis-sentinel /tmp/s3/sentinel.conf

启动后：

测试

尝试让master节点7001宕机，查看sentinel日志：

查看7003的日志：

查看7002的日志：

搭建分片集群

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：

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
192.168.136.130	7001	master
192.168.136.130	7002	master
192.168.136.130	7003	master
192.168.136.130	8001	slave
192.168.136.130	8002	slave
192.168.136.130	8003	slave

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：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 删除旧的，避免配置干扰
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：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建并编辑
vim redis.conf

按下i进行编辑,将下面的内容复制上去
按esc退出编辑模式
再按 :wq 保存退出

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 192.168.136.130
# 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

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：

# 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

发现服务都已经正常启动：

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

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。

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。

# 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 1 192.168.136.130:7001 192.168.136.130:7002 192.168.136.130:7003 192.168.136.130:8001 192.168.136.130 :8002 192.168.136.130:8003

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：

redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.136.130:7001 192.168.136.130:7002 192.168.136.130:7003 192.168.136.130:8001 192.168.136.130:8002 192.168.136.130:8003

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

运行后的样子：

这里输入yes，则集群开始创建：

通过命令可以查看集群状态：

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

结果悲剧了：

集群操作时，需要给redis-cli加上-c参数才可以：

redis-cli -c -p 7001

这次可以了：

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：

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。

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7003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

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

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：

比如，添加节点的命令：

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

• 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

创建新的redis实例

创建一个文件夹：

cd /tmp

mkdir7004

拷贝配置文件：

cp redis.conf 7004

修改配置文件：

sed-i-e's/6379/7004/g'7004/redis.conf

启动

redis-server 7004/redis.conf

添加新节点到redis

添加节点的语法如下：

执行命令：

redis-cli --cluster add-node 192.168.136.130:7004 192.168.136.130:7001

通过命令查看集群状态：

redis-cli -p7001 cluster nodes

如图，7004加入了集群，并且默认是一个master节点：

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

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：

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：

具体命令如下：

建立连接：

redis-cli --cluster reshard 192.168.136.130:7001

得到下面的反馈：

询问要移动多少个插槽，我们计划是3000个：

新的问题来了：

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？

复制这个id，然后拷贝到刚才的控制台后：

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：

填完后，点击done，这样插槽转移就准备好了：

确认要转移吗？输入yes：

然后，通过命令查看结果：

可以看到：

目的达成。

故障转移

集群初识状态是这样的：

其中7001、7002、7003都是master，我们计划让7002宕机。

自动故障转移

当集群中有一个master宕机会发生什么呢？

为了更好的查看故障转移过程,在此打开监听

watch redis-cli -p7001 cluster nodes

然后在复制一个标签操作集群

直接停止一个redis实例，例如7002：

redis-cli -p7002 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节点了：

redis-server 7002/redis.conf

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：

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(强制)：省略了对offset的一致性校验,如图2~3步

• takeover(接管)：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：

效果：

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:

- 192.168.136.130:7001

- 192.168.136.130:7002

- 192.168.136.130:7003

- 192.168.136.130:8001

- 192.168.136.130:8002

- 192.168.136.130:8003