二十三，Redis分片集群

normaling
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一，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，但还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，分片集群的特征：

  • 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检测彼此的健康状态
  • 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的节点

1.1 集群结构

分片集群所需节点数量较多，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1个slave节点，结构如下：

image

这里我们会在同一台虚拟机开启6个redis实例，模拟分片集群，信息如下：

IPPORT角色
192.168.150.1017001master
192.168.150.1017002master
192.168.150.1017003master
192.168.150.1018001slave
192.168.150.1018002slave
192.168.150.1018003slave

1.2 准备实例和配置

创建7001，7002，7003，8001，8002，8003目录

mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

在/tmp下准备一个新的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维护
cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf
#节点心跳失败的超时时间
cluster-node-timeout 5000
#持久化存放目录
dir /tmp/6379
#绑定地址
bind 0.0.0.0
#让redis后台运行
daemonize yes
#注册实例ip
relica-announce-ip 192.168.150.101
#保护模式
protected-mode no
# 数据库数量
database 1
#日志
logfile /tmp/6379/run.log

把这个文件拷贝到每个目录下：

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

修个每个目录的redis.conf，将其中的port改为对应的端口

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

1.3 启动

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

通过ps -ef查看

ps -ef | grep redis

如果要关闭

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

1.4 创建集群

虽然服务启动了，但是目前每个服务之间是独立的，没有关联的。

我们需要执行命令来创建集群，在Redis5.0之前比较麻烦，5.0之后管理集群的命令都集成到了redis-cli中了

1.4.1 Redis 5.0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是用ruby语言编写的，所以需要安装ruby环境

yum -y install zlib ruby rubygems
gem install redis

然后通过命令来管理集群

cd /tmp/redis-6.2.4/src
#创建集群
./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

1.4.2 Redis 5.0之后

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

命令说明：

  • redis-cli --cluster或者./redis-trib.rb：代表集群操作命令
  • create：代表创建集群
  • --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，其他节点都是slave节点，随机分配到不同master

1.5 测试

通过命令查看集群状态

redis-cli -p 7001 cluster nodes

二，散列插槽

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

image

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，份两种情况：

  • 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。

Redis判断key在哪个实例：

  • 将16384个插槽分配到不同实例
  • 根据key的有效部分计算hash值，对16384取余
  • 余数作为插槽，寻找插槽所在的实例

将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例：

  • 同一类数据使用相同的有效部分，例如key都以{typeId}为前缀

三，集群伸缩

redos-cli --cluster提供了很多操作集群的命令，可以通过下面方式查看

image-20240801211941373

例如，添加节点的命令

image-20240801211959570

--cluster-slave：不加默认添加的是主节点，添加了这个代表添加的是从节点

--cluster-master-id <arg>：指定主节点id

举例：向集群中添加一个新的master节点，并向其中存储num=10 需求:

  • 启动一个新的redis实例，端口为7004

    mkdir 7005
cp redis.conf 7004
sed -i s/6379/7004/g  7004/redis.conf
redis-server 7004/redis.conf

  • 添加7004到之前的集群，并作为一个master节点

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

    这个ip是集群中任意的一个redis都可以

  • 给7004节点分配插槽，使得num这个key可以存储到7004实例

    redis-cli --cluster reshard 192.168.150.101:7001
#  How many slots do you want to move(from 1 to 16384)? 你想移动多少个插槽 找到num所属插槽范围即可
#  What is the receiving node ID? 哪个node接受这个插槽，这里输入我们刚新建的node的id
# Source node #1：这个插槽是从哪个数据源去拷贝，输入要数据源node的id
# Source node #2：这里是拷贝到的node的地方，即我们7004节点的id
# 要不要将这些插槽移动过去：输入yes

    这个ip是集群中任意的一个redis都可以

四，故障转移

当集群中有一个master当即后：

  1. 该实例会与其他实例失去连接

  2. 然后是疑似宕机

    image-20240801213409054

  3. 最后是确定下线，自动提升一个slave为新的master:

    image-20240801213427733

数据迁移： 利用custer 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:

image-20240801213734283

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连接到7002这个节点

  2. 执行cluster failover命令

    redis-server -p 7002
cluster failover

五，RedisTemplate访问分片集群

RedisTemplate底层同样基于lettuce实现了分片集群的支持，而使用的步骤与哨兵模式基本一致:

  1. 引入redis的starter依赖

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

  2. 配置分配集群地址

    与哨兵模式相比，其中只有分配集群的配置方式有所差异：

    spring:
	redis:
		cluster:
			nodes:	#指定分配集群的每一个节点信息
				- 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

  3. 配置读写分离

    @Configuration
public class LettuceClientConfig {
    @Bean
    public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer customizer() {
        return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED);
    }
}
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