Redis 分片集群

1.Redis分片集群

1.1.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:

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。
  

具体搭建流程参考课前资料《Redis集群.md》：

1.2.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：
IPPORT角色192.168.150.1017001master192.168.150.1017002master192.168.150.1017003master192.168.150.1018001slave192.168.150.1018002slave192.168.150.1018003slave1.3.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

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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
11. bind 0.0.0.0
12. # 让redis后台运行
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

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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

复制代码

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：

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

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1.4.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

复制代码

通过ps查看状态：

1. ps -ef | grep redis

复制代码

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：

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

复制代码

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

复制代码

1.5.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

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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

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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

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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：

1. redis-cli -p 7001 cluster nodes

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1.6.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

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结果悲剧了：

集群操作时，需要给redis-cli加上-c参数才可以：

1. redis-cli -c -p 7001

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这次可以了：

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：

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
2.2.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
  

3.集群伸缩

3.1.命令帮助

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：

3.2.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
  

3.3.创建新的redis实例

创建一个文件夹：

1. mkdir 7004

复制代码

拷贝配置文件：

1. cp redis.conf /7004

复制代码

修改配置文件：

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

复制代码

启动

1. redis-server 7004/redis.conf

复制代码

3.4.添加新节点到redis

添加节点的语法如下：

执行命令：

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

复制代码

通过命令查看集群状态：

1. redis-cli -p 7001 cluster nodes

复制代码

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
3.5.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.
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：

得到下面的反馈：

询问要移动多少个插槽，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。
3.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。
3.1.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

复制代码

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：

3.2.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：

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：

效果：


            作者：讲文张字
            出处：https://www.cnblogs.com/zhangwencheng
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