Redis 集群詳解
Redis 集群簡(jiǎn)介
Redis Cluster 即 Redis 集群，是 Redis 官方在 3.0 版本推出的一套分布式存儲方案。完全去中心化，由多個(gè)節點(diǎn)組成，所有節點(diǎn)彼此互聯(lián)。Redis 客戶(hù)端可以直接連接任何一節點(diǎn)獲取集群中的鍵值對，不需要中間代理，如果該節點(diǎn)不存在用戶(hù)所指定的鍵值，其內部會(huì )自動(dòng)把客戶(hù)端重定向到鍵值所在的節點(diǎn)。
Redis 集群是一個(gè)網(wǎng)狀結構，每個(gè)節點(diǎn)都通過(guò) TCP 連接跟其他每個(gè)節點(diǎn)連接。在一個(gè)有 N 個(gè)節點(diǎn)的集群中，每個(gè)節點(diǎn)都有 N-1 個(gè)流出的 TCP 連接，和 N-1 個(gè)流入的連接，這些 TCP 連接會(huì )永久保持。
Redis Cluster 同其他分布式存儲系統一樣，主要具備以下兩個(gè)功能：
數據分區
Redis 集群會(huì )將用戶(hù)數據分散保存至各個(gè)節點(diǎn)中，突破單機 Redis 內存最大存儲容量。集群引入了 哈希槽slot的概念，其搭建完成后會(huì )生 16384 個(gè)哈希槽slot，同時(shí)會(huì )根據節點(diǎn)的數量大致均等的將 16384 個(gè)哈希槽映射到不同的節點(diǎn)上。當用戶(hù)存儲key-value時(shí)，集群會(huì )先對key進(jìn)行 CRC16 校驗然后對 16384 取模來(lái)決定key-value放置哪個(gè)槽，從而實(shí)現自動(dòng)分割數據到不同的節點(diǎn)上。
數據冗余
Redis 集群支持主從復制和故障恢復。集群使用了主從復制模型，每個(gè)主節點(diǎn)master應至少有一個(gè)從節點(diǎn)slave。假設某個(gè)主節點(diǎn)故障，其所有子節點(diǎn)會(huì )廣播一個(gè)數據包給集群里的其他主節點(diǎn)來(lái)請求選票，一旦某個(gè)從節點(diǎn)收到了大多數主節點(diǎn)的回應，那么它就贏(yíng)得了選舉，被推選為主節點(diǎn)，負責處理之前舊的主節點(diǎn)負責的哈希槽。
節點(diǎn)握手
雖然上面 6 個(gè)節點(diǎn)都啟用了群集支持，但默認情況下它們是不相互信任或者說(shuō)沒(méi)有聯(lián)系的。節點(diǎn)握手就是在各個(gè)節點(diǎn)之間創(chuàng )建鏈接（每個(gè)節點(diǎn)與其他節點(diǎn)相連），形成一個(gè)完整的網(wǎng)格，即集群。
節點(diǎn)握手的命令如下：
cluster meet ip port
但為了創(chuàng )建群集，不需要發(fā)送形成完整網(wǎng)格所需的所有 cluster meet 命令。只要能發(fā)送足夠的cluster meet消息，可以讓每個(gè)節點(diǎn)都可以通過(guò)一系列已知節點(diǎn)到達每個(gè)其他節點(diǎn)，缺失的鏈接將被自動(dòng)創(chuàng )建。
例如，如果我們通過(guò)cluster meet將節點(diǎn) A 與節點(diǎn) B 連接起來(lái)，并將 B 與 C 連接起來(lái)，則 A 和 C 會(huì )自己找到握手方式并創(chuàng )建鏈接。
我們的創(chuàng )建的 6 個(gè)節點(diǎn)可以通過(guò) redis-cli 連接到 A 節點(diǎn)執行如下五組命令完成握手，生產(chǎn)環(huán)境需要將 IP 127.0.0.1替換成外網(wǎng) IP。
cluster meet 127.0.0.1 7002
cluster meet 127.0.0.1 7003
cluster meet 127.0.0.1 8001
cluster meet 127.0.0.1 8002
cluster meet 127.0.0.1 8003
如上述命令正常執行輸出結果如下。
[root@localhost bin]# /usr/local/bin/redis-cli -p 7001
127.0.0.1:7001> cluster meet 127.0.0.1 7002
OK
127.0.0.1:7001> cluster meet 127.0.0.1 7003
OK
127.0.0.1:7001> cluster meet 127.0.0.1 8001
OK
127.0.0.1:7001> cluster meet 127.0.0.1 8002
OK
127.0.0.1:7001> cluster meet 127.0.0.1 8003
OK
接下來(lái)可以通過(guò) cluster nodes 命令查看節點(diǎn)之間 的鏈接狀態(tài)。我隨機找了兩個(gè)節點(diǎn) B 和 F 測試，輸出結果如下所示。
[root@localhost /]# /usr/local/bin/redis-cli -p 7002 cluster nodes
61e8c4ed8d1ff2a765a4dd2c3d300d8121d26e12 127.0.0.1:7001@17001 master - 0 1552220691885 4 connected
a8a41694f22977fda78863bdfb3fc03dd1fab1bd 127.0.0.1:8002@18002 master - 0 1552220691000 5 connected
51987c4b5530c81f2845bb9d521daf6d3dce3659 127.0.0.1:8001@18001 master - 0 1552220690878 3 connected
1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb 127.0.0.1:7002@17002 myself,master - 0 1552220690000 1 connected
19147f56e679767bcebb8653262ff7f56ca072a8 127.0.0.1:7003@17003 master - 0 1552220691000 2 connected
ed6fd72e61b747af3705b210c7164bc68739303e 127.0.0.1:8003@18003 master - 0 1552220690000 0 connected
[root@localhost /]# /usr/local/bin/redis-cli -p 8002 cluster nodes
1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb 127.0.0.1:7002@17002 master - 0 1552220700255 1 connected
ed6fd72e61b747af3705b210c7164bc68739303e 127.0.0.1:8003@18003 master - 0 1552220703281 0 connected
19147f56e679767bcebb8653262ff7f56ca072a8 127.0.0.1:7003@17003 master - 0 1552220700000 2 connected
a8a41694f22977fda78863bdfb3fc03dd1fab1bd 127.0.0.1:8002@18002 myself,master - 0 1552220701000 5 connected
61e8c4ed8d1ff2a765a4dd2c3d300d8121d26e12 127.0.0.1:7001@17001 master - 0 1552220702275 4 connected
51987c4b5530c81f2845bb9d521daf6d3dce3659 127.0.0.1:8001@18001 master - 0 1552220701265 3 connected
可以看到，節點(diǎn) B 和節點(diǎn) F 都已經(jīng)分別和其他 5 個(gè)節點(diǎn)建立鏈接。
至此，節點(diǎn)握手完成。
分配槽位
此時(shí) Redis 集群還并沒(méi)有處于上線(xiàn)狀態(tài)，可以在任意一節點(diǎn)上執行 cluster info 命令來(lái)查看目前集群的運行狀態(tài)。
[root@localhost ~]# /usr/local/bin/redis-cli -p 7001 cluster info
cluster_state:ok
......
分配槽位的命令如下：
cluster addslots slot [slot ...]
根據預先規劃，這一步需要使用 cluster addslots 命令手動(dòng)將 16384 個(gè)哈希槽大致均等分配給主節點(diǎn) A、B、C。
/usr/local/bin/redis-cli -p 7001 cluster addslots {0..5461}
/usr/local/bin/redis-cli -p 7002 cluster addslots {5462..10922}
/usr/local/bin/redis-cli -p 7003 cluster addslots {10923..16383}
上面三組命令執行完畢，可以再次查看目前集群的一些運行參數。
[root@localhost ~]# /usr/local/bin/redis-cli -p 7001 cluster info
cluster_state:ok
cluster_slots_assigned:16384
cluster_slots_ok:16384
cluster_slots_pfail:0
cluster_slots_fail:0
cluster_known_nodes:6
cluster_size:3
cluster_current_epoch:5
cluster_my_epoch:4
cluster_stats_messages_ping_sent:11413
cluster_stats_messages_pong_sent:10509
cluster_stats_messages_meet_sent:11
cluster_stats_messages_sent:21933
cluster_stats_messages_ping_received:10509
cluster_stats_messages_pong_received:10535
cluster_stats_messages_received:21044
如上輸出cluster_state:ok證明 Redis 集群成功上線(xiàn)。
主從復制
Redis 集群成功上線(xiàn)，不過(guò)還沒(méi)有給主節點(diǎn)指定從節點(diǎn)，此時(shí)如果有一個(gè)節點(diǎn)故障，那么整個(gè)集群也就掛了，也就無(wú)法實(shí)現高可用。詳細了解點(diǎn)這里：Redis主從復制以及主從復制原理
集群中需要使用 cluster replicate 命令手動(dòng)給從節點(diǎn)配置主節點(diǎn)。
集群復制命令如下：
cluster replicate node-id
集群中各個(gè)節點(diǎn)的node-id可以用cluster nodes命令查看，如下輸出1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb即是主節點(diǎn) B 的node-id。
[root@localhost /]# /usr/local/bin/redis-cli -p 8002 cluster nodes
1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb 127.0.0.1:7002@17002 master - 0 1552220700255 1 connected
ed6fd72e61b747af3705b210c7164bc68739303e 127.0.0.1:8003@18003 master - 0 1552220703281 0 connected
19147f56e679767bcebb8653262ff7f56ca072a8 127.0.0.1:7003@17003 master - 0 1552220700000 2 connected
a8a41694f22977fda78863bdfb3fc03dd1fab1bd 127.0.0.1:8002@18002 myself,master - 0 1552220701000 5 connected
61e8c4ed8d1ff2a765a4dd2c3d300d8121d26e12 127.0.0.1:7001@17001 master - 0 1552220702275 4 connected
51987c4b5530c81f2845bb9d521daf6d3dce3659 127.0.0.1:8001@18001 master - 0 1552220701265 3 connected
根據預先規劃，A主D從；B主E從；C主F從。執行如下三組命令分別為從節點(diǎn) D、E、F 指定其主節點(diǎn)，使群集可以自動(dòng)完成主從復制。
/usr/local/bin/redis-cli -p 8001 cluster replicate 61e8c4ed8d1ff2a765a4dd2c3d300d8121d26e12
/usr/local/bin/redis-cli -p 8002 cluster replicate 1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb
/usr/local/bin/redis-cli -p 8003 cluster replicate 19147f56e679767bcebb8653262ff7f56ca072a8
命令執行成功后，我們便算以手動(dòng)方式成功搭建了一個(gè) Redis 集群。
最后，再來(lái)查看一下集群中的節點(diǎn)信息。
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