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redis分片集群搭建与使用详解

转载2022-07-21 20:21:52758 关注公众号:每天精选资源文章推送

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前言

redis可以说在实际项目开发中使用的非常频繁,在redis常用集群中,我们聊到了redis常用的几种集群方案,不同的集群对应着不同的场景,并且详细说明了各种集群的优劣,本篇将以redis 分片集群为切入点,从redis 分片集群的搭建开始,详细说说redis 分片集群相关的技术点;

  • 单点故障;
  • 单机写(高并发写)瓶颈;
  • 单机存储数据容量限制;
  • 集群自动伸缩;
  • 集群自动故障下线与转移;

搭建集群架构图

前置准备

1、准备一台(或6台服务器,条件允许的情况下)虚拟机或服务器;

本例为演示效果准备了一台内存8G的服务器,将通过端口进行master和slave的划分

2、提前下载好redis安装包;

搭建步骤

1、创建6个目录文件,分别用于保存各个redis示例的数据

mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

2、在当前目录下创建一个redis.conf文件,内容如下

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 /usr/local/soft/redis/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 /usr/local/soft/redis/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 本机公网IP
# 保护模式
protected-mode no
# 数据库数量
databases 1
# 日志
logfile /usr/local/soft/redis/6379/run.log

3、批量将该配置文件拷贝到各个目录下

echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf

4、修改每个目录下redis.conf,将其中的6379修改为与所在目录一致

printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t sed -i 's/6379/{}/g' {}/redis.conf

随机打开某个redis.conf看看是否修改成功

4、使用下面的命令进行启动

/usr/local/soft/redis/redis60/src/redis-server /usr/local/soft/redis/7001/redis.conf
/usr/local/soft/redis/redis60/src/redis-server /usr/local/soft/redis/7002/redis.conf
/usr/local/soft/redis/redis60/src/redis-server /usr/local/soft/redis/7003/redis.conf

/usr/local/soft/redis/redis60/src/redis-server /usr/local/soft/redis/8001/redis.conf
/usr/local/soft/redis/redis60/src/redis-server /usr/local/soft/redis/8002/redis.conf
/usr/local/soft/redis/redis60/src/redis-server /usr/local/soft/redis/8003/redis.conf

执行完成后,可以看到6个redis实例已经开启

创建集群

通过以上的步骤,就开启了6个redis的实例,但是这些实例之间并没有形成一个集群,接下来就需要执行相关的命令将它们构成一个集群

1、使用如下命令构建集群(5.0之后的版本的命令)

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

关于上面命令的说明

  • 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 ;

也可以通过 redis-cli --cluster help 命令进行集群命令的查看;

执行命令后,控制台提示将会使用哪个示例作为master,哪个作为slave;

继续输入yes之后,将会按照上面的策略创建一个集群出来

通过这个输出的日志大概可以得出如下信息:

  • 端口号依次为7001,7002和7003的为master节点;
  • 端口号依次为8001,8002和8003的为slave节点;
  • 端口号依次为7001,7002和7003的master节点,各自分配了一定区间的槽位数,分别是:[0-5460],[5461-10922],[10923-16383],即总共分配16384个槽位;

2、查看集群状态

redis-cli -p 7001 cluster nodes

通过这个命令,可以清楚的看到集群中各个实例节点的主从状态,实例ID(唯一身份标识),槽位区间等信息

Redis散列插槽说明

其实对redis分片集群稍有了解的同学应该知道,redis分片集群在逻辑上将集群中的所有节点构成了一块完整的内存空间,数据写入进来后,具体存放到哪个节点呢?所以集群引入了一个逻辑尚的插槽概念,即将集群划分为16384个槽位,集群中的每个节点占据一部分槽位数(这个日志中可以看出来);

那么当某个具体的key写入的时候,集群将会通过一定的算法,将要写入的数据路由到指定的插槽上去;

这里有个点需要注意,数据key不是与节点绑定,而是与插槽绑定。

redis集群会根据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;

举例来说:key是num,那么就根据num计算,如果是{应用名称}num,则根据“应用名称”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

下面不妨看下效果

通过上面的演示可以发现,经过集群计算的key将会分配到不同的插槽上,也就是说,key是与插槽绑定,而不是与某个节点绑定,想想为什么会这样呢?

思考下面这个需求

如何将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例?

简单来说,如果key的分配完全没有规则的话,当涉及到某个业务类的数据对应的key随机分配到不同的节点上面时,取值的时候就会出现像上面的重定向跨节点的问题,一定程度上提升性能;

解决办法

这一类数据使用相同的有效部分,例如key都以{业务ID}为前缀

集群伸缩(添加节点)

reids的cluster模式下,有一个比较强的功能就是集群的伸缩能力,即在现有的集群基础上,可以根据实际的业务需求,进行集群的伸缩,下面来演示下给上面的集群添加一个新节点的步骤;

1、在当前目录下拷贝一个目录

2、修改配置文件的端口

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

3、启动这个实例

/usr/local/soft/redis/redis60/src/redis-server /usr/local/soft/redis/7004/redis.conf

4、使用下面的命令将7004实例假如集群

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

5、再次查看集群状态

redis-cli -p 7001 cluster nodes

通过上面的状态信息发现,7004这个节点虽然加入了集群,并成了master,但是集群并没有给它分配任何的插槽

6、分配插槽

分配插槽的基本思路是,从现有的某个节点上迁移部分插槽到新的节点即可,执行下面的命令进行插槽分配

redis-cli --cluster reshard 101.34.23.80:7001

执行命令后将出现下面的提示,这里输入你要转移的插槽数量

将7004对应的实例ID输入即可

输入yes后开始移动插槽

移动完成后,再次查看集群状态,这时候7004对应的节点就分配到了从0 ~ 500的数量的插槽

故障转移

redis的cluster模式的集群,还具备一定的故障转移能力,比如在上面的架构模式下,当集群中的某个master节点宕机之后,会出现什么情况呢?下面我们来模拟下这个过程,看看效果如何

1、使用watch命令监控下集群的状态

通过这个命令可以实时查看集群的动态日志变化

watch redis-cli -p 7001 cluster nodes

2、手动将7002实例的master宕机

redis-cli -p 7002 shutdown

从上面的监控日志不难发现,当7002挂掉后,过了一会儿与集群以及它的从节点8003失去了联系,然后8003这个节点升级为master节点;

3、手动将7002实例启动起来

/usr/local/soft/redis/redis60/src/redis-server /usr/local/soft/redis/7002/redis.conf

再次分析日志,可以看到这时候7002只能以slave的身份加入了集群,事实上在某些情况下,我们仍然希望这个宕机的节点恢复后依然是主节点,这该怎么办呢?这就涉及到了手动故障转移,主要操作步骤如下:

  • 使用redis-cli连接7002节点;
  • 执行cluster failover命令;

在上面执行之后的情况下,7002是一个slave节点

执行 CLUSTER FAILOVER 命令,观察日志动态变化,通过日志变化,可以看到,命令执行完毕后,7002很快就变成了master,而8003成了slave;

通过以上步骤就完成了redis的cluster模式下的故障转移的过程

使用redistemplate访问分片集群

1、引入依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

2、将配置文件中的集群地址修改成下面这样即可

spring:
  redis:
    cluster:
      nodes:
       - 集群IP:7001
       - 集群IP:7002
       - 集群IP:7003
       - 集群IP:7004
       - 集群IP:8001
       - 集群IP:8002
       - 集群IP:8003

至于具体的代码部分,可以参考下面的这个测试案例

	@Autowired
    private RedisTemplate<String,String> redisTemplate;

    //localhost:8083/set?key=b&value=123
    @GetMapping("/set")
    public void set(@RequestParam String key,@RequestParam String value){
        redisTemplate.opsForValue().set(key,value);
    }

    //localhost:8083/get?key=b
    @GetMapping("/get")
    public String get(@RequestParam String key){
        return redisTemplate.opsForValue().get(key);
    }

推荐学习:Redis视频教程

以上就是redis分片集群搭建与使用详解的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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