Redis组件介绍(五)

写在前面

今天继续学习redis后面的知识。
Redis 哨兵机制

哨兵 Sentinel 机制

Sentinel（哨兵）是 Redis 的高可用性解决方案。由一个或多个 Sentinel 实例组成的 Sentinel 系统可以监视任意多个主服务器，以及这些主服务器部属的所有从服务器。当被监视的主服务器进入下线状态时，Sentinel 会主动将下线主服务器部属的某个从服务器升级为新的主服务器。简单来说，哨兵就是带有主动故障转移功能的主从架构。
无法解决:

• 单节点并发压力问题
  
• 单节点内存和磁盘物理上限
  

哨兵架构原理

Redis 集群

集群

Redis 从 3.0 开始支持 Cluster 模式。Redis 集群支持节点的主动发现、支持从主节点的选举和容错、支持在线分片（sharding）等特性。
PING PONG 协议（心跳机制）
集群搭建

创建集群

• 预备环境安装 Ruby 以及 Redis 集群依赖
  1. yum install -y ruby rubygems
  2. # https://rubygems.org/gems/redis/versions
  3. gem install redis-xxx.gem

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• 在一台机器创建 7 个目录
  1. # 创建目录并复制配置文件
  2. cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7000/
  3. cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7001/
  4. cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7002/
  5. cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7003/
  6. cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7004/
  7. cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7005/
  8. cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7007/

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• 修改不同目录设置文件
  1. # 编辑配置文件（例如 ./7000/redis.conf）
  2. port 7000                           # 修改端口
  3. # bind 127.0.0.1 -::1              # 开启远程连接
  4. protected-mode no
  5. daemonize yes                       # 开启后台运行
  6. dbfilename dump-7000.rdb            # 每台机器的文件不能一样
  7. cluster-enabled yes                 # 开启集群模式
  8. cluster-config-file nodes-7000.conf # 集群节点配置文件
  9. cluster-node-timeout 5000           # 集群节点超时时间
  10. appendonly yes                      # 开启 AOF 持久化
  11. appendfilename "appendonly-7000.aof" # 修改 AOF 文件名
  12. appenddirname "appendonlydir-7000"

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• 指定不同目录设置文件启动七个节点
  1. redis-server 7000/redis.conf
  2. redis-server 7001/redis.conf
  3. redis-server 7002/redis.conf
  4. redis-server 7003/redis.conf
  5. redis-server 7004/redis.conf
  6. redis-server 7005/redis.conf
  7. redis-server 7006/redis.conf

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• 复制集群操作脚本到 bin 目录中
  1. cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/src/redis-trib.rb /usr/local/soft/redis/bin/

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  对于 Redis 7.0.0 之后的版本，使用以下下令：
  1. redis-cli --cluster create 192.168.40.110:7000 192.168.40.110:7001 192.168.40.110:7002 192.168.40.110:7003 192.168.40.110:7004 192.168.40.110:7005 --cluster-replicas 1

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• 查看集群状态
  1. # 查看集群状态
  2. redis-cli --cluster check 192.168.40.110:7000

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集群节点状态阐明

• 主节点
  
  
  
  • 主节点存在 hash slots，且主节点的 hash slots 没有交织
    
  • 主节点不能删除
    
  • 一个主节点可以有多个从节点
    
  • 主节点宕机时多个副本之间主动选举主节点
    
  
  
• 从节点
  
  
  
  • 从节点没有 hash slots
    
  • 从节点可以删除
    
  • 从节点不负责数据的写，只负责数据的同步
    
  
  

使用集群

• 添加节点（默认为从）
  1. # 添加主节点
  2. redis-cli --cluster add-node 192.168.40.110:7006 192.168.40.110:7000 --cluster-slave

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  留意:1. 该节点必须以集群模式启动   2. 默认情况下该节点是以 master 节点形式添加
  
  
  
  
• 删除副本节点
  1. # 删除节点
  2. redis-trib.rb del-node 192.168.40.110:7002 0ca3f102ecf0c888fc7a7ce43a13e9be9f6d3dd1

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  留意: 1. 被删除的节点必须是从节点或没有被分配 hash slots 的节点
  

Redis 面试题与理解

穿透（要查询的数据根本不存在）

穿透指用户查询数据时，如果数据既不存在于数据库中，也不存在于缓存中，那么每次请求都会直接访问数据库，从而绕过缓存，导致数据库负载增加。

穿透解决方案

• 对空值进行缓存
  类似于上面的例子，虽然数据库中没有 id=-1234 的用户数据，但可以在 Redis 中缓存一个空值（key=-1234，value=null），以制止频仍查询数据库。
  
• 实时监控
  对 Redis 进行实时监控，发现命中率下降时进行排查，结合运维职员分析访问对象和数据，设置黑名单限制服务。
  
• 使用布隆过滤器
  使用 BitMap 作为布隆过滤器，将所有可访问的资源通过简单的映射关系放入布隆过滤器中，当请求到来时，先进行布隆过滤器判定，如果有则放行，否则拦截。
  
• 接口校验
  对无效请求（例如 id=-1234）进行拦截，防止其到达 Redis 或数据库。
  

雪崩（一批数据有，但过期时间到了）

雪崩指大量数据在同一时刻过期，导致大量请求落到数据库，造成数据库压力增加，严峻时可能导致数据库宕机。

雪崩解决方案

• 使用互斥锁（Mutex Lock）或分布式锁
  只允许一个请求访问后端数据源，其他请求等待并共享效果。
  
• 将失效时间分散开
  使用随机数生成缓存的过期时间，制止会合失效。
  
• 使用多级缓存架构
  例如使用 nginx 缓存 + Redis 缓存 + 其他缓存，不同层使用不同缓存，可靠性更强。
  
• 设置缓存标记
  记载缓存数据是否过期，过期时触发后台线程更新现实的 key。
  
• 设置热门数据的永不过期或较长过期时间
  减少热门数据失效的机会。
  

击穿（针对某一个数据忽然过期，直接查数据库）

击穿指高并发情况下，当一个 key 忽然失效，大量请求直接访问数据库，可能导致数据库负载过高。

击穿解决方案

• 为缓存数据设置不同的过期时间
  制止会合失效，监控数据，适时调整。
  
• 引入两级缓存架构
  使用当地缓存（如 Guava Cache）作为第一级缓存，Redis 作为第二级缓存，设置不同的过期时间。
  
• 针对热门数据预加载
  保证缓存不会在同一时间全部失效。
  

总结

如果大量的请求在redis上得不到相应，那么就会导致这些请求会直接去访问DB，导致DB的压力瞬间变大而卡死或者宕机。

• 大量高并发请求打在 Redis 上
  
• Redis 上的资源未能相应时，直接访问数据库
  
• 数据库压力瞬间增大，可能导致数据库宕机，引发一系列“灾难”
  

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