Redis 集群演进探讨和总结「建议收藏」

大家好，我是考100分的小小码，祝大家学习进步，加薪顺利呀。今天说一说Redis 集群演进探讨和总结「建议收藏」,希望您对编程的造诣更进一步.

Redis 集群演进探讨和总结

Redis为什么需要集群？

首先Redis单实例主要有单点，容量有限，流量压力上限的问题。

Redis单点故障，可以通过主从复制replication，和自动故障转移sentinel哨兵机制。

但Redis单Master实例提供读写服务，仍然有容量和压力问题，因此需要数据分区，构建多个Master实例同时提供读写服务（不仅限于从replica节点提供读服务）。

那么就需要一定的机制保证数据分区。这样能充分把容量分摊到多台计算机，或能充分利用多核计算机的性能。

并且数据在各个主Master节点间不能混乱，当然最好还能支持在线数据热迁移的特性。

探讨数据分区方案

file
针对数据分区，一般来说，分为两个大类：

逻辑拆分：
逻辑上能拆分，比如 Redis 中的 M1 节点存储 A服务需要的业务数据，而 Redis 中的 M2 节点存储 B服务需要的业务数据。
数据分区：
当逻辑上不能拆分，那么只能按数据来拆分，需要保证客户端读和写数据一致。
因此需要一个高效快速的数据结构来路由对应的Master节点。
最容易想到的就是类比 Java 中的 HashMap，采用哈希算法，快速找到，快速设置。
这里有四种方式，分别是固定取模，随机，哈希一致性，哈希槽。

固定取模

file
假设有三个 Master，配置IP 和权重如下：

Real Server IP	weight
10.0.2.21	1
10.0.2.22	2
10.0.2.23	3

那么会根据每一个real Server 及其权重虚拟出对应权重 weight 个的虚拟vritual server节点，映射关系会是：

Real Server IP	virtual server
10.0.2.21	1
10.0.2.22	2,3
10.0.2.23	4,5,6

一个 key 存储在那个虚拟vritual server节点，通过哈希hash算法：

virtual_server_index = hash(key) % (total_virtual_weight)

代码100分

假设某个key，它的 hash 值是 10，那么以上： 10%6=4，将落到 10.0.2.23 这个真实的 Master上。

缺点
因为取模的模数是固定的，当新增或删除 master节点时，所有的数据几乎要全部洗牌，几乎需要重新迁移数据（而且相当麻烦），无法做到在线数据热迁移。
意味着Redis在此种用法下，只能当缓存，不能当存储数据库！

随机

file
随机选取一个存储和访问。
一般结合 list，用于非顺序性要求的消息队列场景。

缺点：
使用场景比较单一。
并且由于随机性问题，导致持久化存在不可靠性。Redis在此种用法下，也只能当缓存，不能当存储数据库！

一致性哈希

一致性哈希算法（Consistent Hashing）最早在论文《Consistent Hashing and Random Trees: Distributed Caching Protocols for Relieving Hot Spots on the World Wide Web》中被提出。
简单来说，一致性哈希将整个哈希值空间组织成一个虚拟的圆环，如假设某哈希函数H的值空间为0-2^32-1（即哈希值是一个32位无符号整形），整个哈希空间环如下：
file

1.有一个HASH环，环上每个节点都是一个自然数，从0开始顺时针递增，直到2^32-1，最后回到0
2.真实节点 M1 M2 M3 通过 hash（IP 或主机名）确定在哈希环上的位置
3.当客户端请求时，首先 hash(key) 确定在哈希环上的位置，然后顺时针往后找，找到的第一个真实节点，就是客户端需要请求访问的真实主机
优点：
哈希一致性其实是对固定取模的一种优化。
（1）扩展性：当增加节点时，只会影响顺时针的真实节点（此部分数据比较难迁移），而不是影响全部的节点。
（2）容错性：当节点宕机或删除节点时，只会影响逆时针的真实节点，而不是影响全部的节点。
（3）平衡性：当哈希算法的节点过少时，会可能造成某些服务器的数据存储较多，而另外一些存储较少，造成数据倾斜，当节点足够多时，这种现象得以缓解。
因此虚拟节点个数较大的时候，数据的平衡性得以保证。
缺点：
因为当增删节点时，需要重新计算受影响部分的节点中的key全部找出来，才能迁移，这个很麻烦！！！
Redis在此种用法下，也只能当缓存，不能当存储数据库！

哈希槽（PreSharding，预先分片）

这个跟哈希一致性很相似。
区别在于，它预先分配好真实节点管理的哈希槽（slot），并存储管理起来，我们可以预先知道哪个master主机拥有哪些哈希槽（slot）,这里总数是16384。
file

代码100分127.0.0.1:7001> cluster nodes
2aaf59558f1b9f493a946a695e51711eb03d15f9 127.0.0.1:7002@17002 master - 0 1590126183862 2 connected 5461-10922
6439c3e9468fd2c545a63b3b9bfe658c5fc14287 127.0.0.1:7003@17003 master - 0 1590126181856 3 connected 10923-16383
340d985880c23de9816226dff5fd903322e44313 127.0.0.1:7001@17001 myself,master - 0 1590126182000 1 connected 0-5460

我们可以清晰看到Redis Cluster中的每一个master节点管理的哈希槽。
比如 127.0.0.1:7001 拥有哈希槽 0-5460， 127.0.0.1:7002 拥有哈希槽 5461-10922， 127.0.0.1:7003 拥有哈希槽 10923-16383。
file

➜  redis-cli -p 7001         
127.0.0.1:7001> set a 1
(error) MOVED 15495 127.0.0.1:7003

➜  redis-cli -p 7001 -c
127.0.0.1:7001> set a 1
-> Redirected to slot [15495] located at 127.0.0.1:7003
OK

我们看到的是master节点在 Redis Cluster中的实现时，都存有所有的路由信息。
当客户端的key 经过hash运算，发送slot 槽位不在本节点的时候。
（1）如果是非集群方式连接，则直接报告错误给client，告诉它应该访问集群中那个IP的master主机。
（2）如果是集群方式连接，则将客户端重定向到正确的节点上。
注意这里并不是127.0.0.1:7001 帮client去连接127.0.0.1:7003获取数据的，而是将客户端请求重定向了。

优点：
继承并增强一致性哈希的容错性，扩展性，以及平衡性。
Redis在此种用法下，可以当缓存，也能当存储数据库！
这里Redis给出更详细的说明：https://redis.io/topics/partitioning

具体方案

以下列表为按照出现的先后顺序排列：

方案	描述	数据分区支持策略	分布式	在线数据热迁移
twemproxy	twitter 开源的redis代理中间件，不修改redis源码 https://github.com/twitter/twemproxy	存在modula（固定取模）、 random （随机）、ketama（哈希一致性）三种可选的配置	本身是单点的，可以通过keepalived等保证高可用	不支持，无法平滑地扩容/缩容
Redis Cluster	官方提供的集群方案	采用预先分片（PreSharding），即哈希槽方式，存储在每一个master节点上	没有proxy代理层，客户端可以连接集群中的任意master节点	提供客户端命令`redis-cli --cluster reshard ip port`按哈希槽迁移指定节点的数据
codis	豌豆荚开源的redis代理中间件，修改了redis源码 https://github.com/CodisLabs/codis	采用预先分片（PreSharding），即哈希槽方式，存储在ZooKeeper上	集群部署，部署相对复杂	支持数据热迁移

Redis Cluster ：一般生产环境量不大，且采用 Spring 提供的 RedisTemplate 之类封装好的 fat client ，可以采用
redis6.0后，官方也推出Redis Cluster的proxy方案（https://github.com/RedisLabs/redis-cluster-proxy），只是尚为新，且处于beta阶段（2020.5处于1.0beta版本），不成熟。但未来可期，毕竟是官方支持的。
目前如果生产环境量大，但尚无研发能力，可以选用 codis

@SvenAugustus(https://www.flysium.xyz/)
更多请关注微信公众号【编程不离宗】，专注于分享服务器开发与编程相关的技术干货：

版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容，请发送邮件至举报，一经查实，本站将立刻删除。
转载请注明出处: https://daima100.com/8300.html