微服务高级篇【3】之分布式缓存Redis集群

迷南。 2024-03-24 17:06 45阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一 单机Redis存在的问题
 *  二 Redis的安装
 *  三 Redis持久化
 *   *  3.1 RDB持久化
     *   *  3.1.1 触发条件
         *  3.1.2 RDB原理
         *  3.1.3 小结
     *  3.2 AOF持久化
     *   *  3.2.1 AOF原理
         *  3.2.2 AOF配置
         *  3.2.3 AOF文件重写
     *  3.3 RDB与AOF对比
 *  四 Redis主从集群
 *   *  4.1 搭建主从架构
     *  4.2 搭建主从集群
     *   *  4.2.1 集群结构
         *  4.2.2 准备实例和配置
         *  4.2.3 开启主从关系
         *  4.2.4 测试
     *  4.3 主从数据同步原理
     *   *  4.3.1 全量同步
         *  4.3.2 增量同步
         *  4.3.3 repl\_backlog原理
     *  4.4 主从同步优化
     *  4.5 小结
 *  五 Redis哨兵
 *   *  5.1 哨兵原理
     *   *  5.1.1 集群结构和作用
         *  5.1.2 集群监控原理
         *  5.1.3 集群故障恢复原理
         *  5.1.4 小结
     *  5.2 搭建哨兵集群
     *  5.3 RedisTemplate的哨兵模式
 *  六 Redis分片集群
 *   *  6.1 Redis分片集群简介
     *  6.2 搭建分片集群
     *  6.3 散列插槽
     *   *  6.3.1 插槽原理
         *  6.3.2 小结
     *  6.4 集群伸缩
     *  6.5 集群伸缩演示
     *  6.6 故障转移
     *   *  6.6.1 自动故障转移
         *  6.6.2 手动故障转移
     *  6.7 RedisTemplate访问分片集群

## 前言 ##

*  本文学习黑马，同时结合作者的实践而来
 *  文中部分图片，为更好展示原理和过程采用动图的方式，希望本能帮助到你！
 *  在部分内容的讲解时，采用黑马的例图和实践记录图相结合，故会出现主机IP并不完全一致的问题，请广大读者谅解！

## 一 单机Redis存在的问题 ##

*  单机的Redis存在四大问题：  
    ![在这里插入图片描述][084e4dd8524c4b80b179472ade56e0e9.png]  
    ![在这里插入图片描述][4889437ba731417190aeba2a2773a58c.png]  
    ![在这里插入图片描述][1f5cc29315c34a6aa3ee6a4af712f20d.png]  
    ![在这里插入图片描述][79138c6ca238464bbffe29e3e2953d1b.png]
 *  解决方案：  
    ![在这里插入图片描述][ac7404eaeeeb4e4d86f8a44025ada0cf.png]

## 二 Redis的安装 ##

*  参看[Redis学习【2】之入门第四节的内容][Redis_2]

## 三 Redis持久化 ##

Redis有两种持久化方案：

*  RDB持久化
 *  AOF持久化

### 3.1 RDB持久化 ###

*  RDB全称Redis Database Backup file（Redis数据备份文件）也被叫做Redis数据快照。简单来说就是把内存中的所有数据都记录到磁盘中。当Redis实例故障重启后，从磁盘读取快照文件，恢复数据。快照文件称为RDB文件，默认是保存在当前运行目录。
 *  RDB持久化在四种情况下会执行：
    
     *  执行save命令
     *  执行bgsave命令
     *  Redis停机时
     *  触发RDB条件时

--------------------

#### 3.1.1 触发条件 ####

*  **save命令**  
    执行下面的命令，可以立即执行一次RDB：  
    ![在这里插入图片描述][31a6abeb78e64e3a82a972039194ce78.png]save命令会导致主进程执行RDB，这个过程中其它所有命令都会被阻塞。只有在数据迁移时可能用到。

--------------------

*  **bgsave命令**  
    ![在这里插入图片描述][44daf94eab2d493a8958a7b9ab8e82c9.png]  
    命令执行后会开启独立进程完成RDB，主进程可以持续处理用户请求，不受影响

--------------------

*  **停机时**  
    Redis停机时会执行一次save命令，实现RDB持久化。

--------------------

*  **触发RDB条件**
    
     *  Redis内部有触发RDB的机制，可以在redis.conf文件中找到，格式如下：
    
        # 900秒内，如果至少有1个key被修改，则执行bgsave ， 如果是save "" 则表示禁用RDB
        save 900 1  
        save 300 10  
        save 60 10000
    
     *  RDB的其它配置也可以在redis.conf文件中设置：
    
        # 是否压缩 ,建议不开启，压缩也会消耗cpu，磁盘的话不值钱
        rdbcompression yes
        
        # RDB文件名称
        dbfilename dump.rdb  
        
        # 文件保存的路径目录
        dir ./

#### 3.1.2 RDB原理 ####

*  bgsave开始时会fork主进程得到子进程，子进程共享主进程的内存数据。完成fork后读取内存数据并写入 RDB 文件。
 *  fork采用的是copy-on-write技术：
    
     *  当主进程执行读操作时，访问共享内存；
     *  当主进程执行写操作时，则会拷贝一份数据，执行写操作。  
        ![在这里插入图片描述][ed16bcf3ac184f2c85aae1fde52a16a9.gif_pic_center]

#### 3.1.3 小结 ####

*  RDB方式bgsave的基本流程：
    
     *  fork主进程得到一个子进程，共享内存空间
     *  子进程读取内存数据并写入新的RDB文件
     *  用新RDB文件替换旧的RDB文件
 *  RDB的缺点
    
     *  RDB执行间隔时间长，两次RDB之间写入数据有丢失的风险
     *  fork子进程、压缩、写出RDB文件都比较耗时

### 3.2 AOF持久化 ###

#### 3.2.1 AOF原理 ####

*  AOF全称为Append Only File（追加文件）。Redis处理的每一个写命令都会记录在AOF文件，可以看做是命令日志文件。  
    ![在这里插入图片描述][c3b2086170b64e2cb229b76662842f39.gif_pic_center]

#### 3.2.2 AOF配置 ####

*  AOF默认是关闭的，需要修改redis.conf配置文件来开启AOF：
    
        # 是否开启AOF功能，默认是no
        appendonly yes
        # AOF文件的名称
        appendfilename "appendonly.aof"
 *  AOF的命令记录的频率也可以通过redis.conf文件来配：
    
        # 表示每执行一次写命令，立即记录到AOF文件
        appendfsync always 
        # 写命令执行完先放入AOF缓冲区，然后表示每隔1秒将缓冲区数据写到AOF文件，是默认方案
        appendfsync everysec 
        # 写命令执行完先放入AOF缓冲区，由操作系统决定何时将缓冲区内容写回磁盘
        appendfsync no
 *  三种策略对比：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>配置项</th> 
   <th>刷盘时机</th> 
   <th>优点</th> 
   <th>缺点</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Always</td> 
   <td>同步刷盘</td> 
   <td>可靠性高，几乎不去数据</td> 
   <td>性能影响大</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>everysec</td> 
   <td>每秒刷盘</td> 
   <td>性能适中</td> 
   <td>最多丢失1秒数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>no</td> 
   <td>操作系统控制</td> 
   <td>性能最好</td> 
   <td>可靠性较差，可能丢失大量数据</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 3.2.3 AOF文件重写 ####

*  因为是记录命令，AOF文件会比RDB文件大的多。而且AOF会记录对同一个key的多次写操作，但只有最后一次写操作才有意义。通过执行bgrewriteaof命令，可以让AOF文件执行重写功能，用最少的命令达到相同效果。

![在这里插入图片描述][ef97cff8424f4626a7e78a420e4ba40d.png]

*  Redis也会在触发阈值时自动去重写AOF文件。阈值也可以在redis.conf中配置：
    
        # AOF文件比上次文件 增长超过多少百分比则触发重写
        auto-aof-rewrite-percentage 100
        # AOF文件体积最小多大以上才触发重写 
        auto-aof-rewrite-min-size 64mb

### 3.3 RDB与AOF对比 ###

*  **RDB和AOF各有自己的优缺点，如果对数据安全性要求较高，在实际开发中往往会**结合**两者来使用。**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th>RDB</th> 
   <th>AOF</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>持久化方式</td> 
   <td>定时对整个内存做快照</td> 
   <td>记录每一次执行的命令</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数据完整性</td> 
   <td>不完整，两次备份之间会丢失</td> 
   <td>相对完整，取决于刷盘策略</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>文件大小</td> 
   <td>会有压缩，文件体积小</td> 
   <td>记录命令，文件体积很大</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>机恢复速度</td> 
   <td>很快</td> 
   <td>慢</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数据恢复优先级</td> 
   <td>低，因为数据完整性不如AOF</td> 
   <td>高，因为数据完整性更高</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>系统资源占用</td> 
   <td>高，大量CPU和内存消耗</td> 
   <td>低，主要是磁盘IO资源但AOF重写时会占用大量CPU和内存资源</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>使用场景</td> 
   <td>可以容忍数分钟的数据丢失，追求更快的启动速度</td> 
   <td>对数据安全性要求较高常见</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 四 Redis主从集群 ##

### 4.1 搭建主从架构 ###

*  单节点Redis的并发能力是有上限的，要进一步提高Redis的并发能力，就需要搭建主从集群，实现读写分离。

![在这里插入图片描述][f7828f3d2dd849969cf217d93910e49c.gif_pic_center]

### 4.2 搭建主从集群 ###

#### 4.2.1 集群结构 ####

![在这里插入图片描述][5f1575235bbe4ea79db02fdd5a074789.png]

*  共包含三个节点，一个主节点，两个从节点
 *  在同一台虚拟机中开启3个redis实例，模拟主从集群，信息如下【IP为自己的虚拟机IP】：

#### 4.2.2 准备实例和配置 ####

*  要在同一台虚拟机开启3个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。

1.  创建一个文件夹，名字cluster，然后在其目录下分别创建三个子文件夹7001、7002、7003：
    
        # 进入/tmp目录
        cd /tmp
        # 创建目录
        mkdir cluster
        mkdir 7001 7002 7003
2.  恢复原始配置
    
     *  修改redis-7.0.8/redis.conf文件，将其中的持久化模式改为默认的RDB模式，AOF保持关闭状态。
    
        # 开启RDB# 
        save ""save 3600 1
        save 300 100
        save 60 10000
        # 关闭AOF
        appendonly no
    
    ![在这里插入图片描述][a8cbeaf7d03840968ab7ad10972aea3a.png]
3.  拷贝配置文件到每个实例目录
    
     *  然后将redis-7.0.8/redis.conf文件拷贝到三个目录【7001，7002，7003】中
4.  修改每个实例的端口、工作目录
    
     *  修改每个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为7001、7002、7003，将rdb文件保存位置都修改为自己所在目录（在/tmp/cluster目录执行下列命令）
    
        sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7001\//g' 7001/redis.conf
        sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7002\//g' 7002/redis.conf
        sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7003\//g' 7003/redis.conf
5.  修改每个实例的声明IP
    
     *  虚拟机本身有多个IP，/为了避免将来混乱，我们需要在redis.conf文件中指定每一个实例的绑定ip信息，格式如下：
    
        # redis实例的声明 IP
        replica-announce-ip 192.168.xxx.xxx
    
     *  每个目录都要改，我们一键完成修改（在/tmp/cluster目录执行下列命令）：
    
        # 逐一执行
        sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.xxx.xxx' 7001/redis.conf
        sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.xxx.xxx' 7002/redis.conf
        sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.xxx.xxx' 7003/redis.conf
        
        # 或者一键修改
        printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{
              } -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.xxx.xxx' {
              }/redis.conf
6.  启动
    
        #/tmp/cluster目录下
        # 第1个
        redis-server 7001/redis.conf
        # 第2个
        redis-server 7002/redis.conf
        # 第3个
        redis-server 7003/redis.conf
7.  停止
    
        printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{
              } -t redis-cli -p {
              } shutdown

#### 4.2.3 开启主从关系 ####

*  现在三个实例还没有任何关系，要配置主从可以使用replicaof 或者slaveof（5.0以前）命令。
 *  有临时和永久两种模式：
 *  修改配置文件（永久生效）
    
     *  在redis.conf中添加一行配置：
        
            slaveof <masterip> <masterport>
     *  使用redis-cli客户端连接到redis服务，执行slaveof命令（重启后失效）：
        
            slaveof <masterip> <masterport>
 *  **注意**：**在5.0以后新增命令replicaof，与salveof效果一致。**

--------------------

*  **演示**
    
     *  通过redis-cli命令连接7002，执行下面命令：
    
        # 连接 7002
        redis-cli -p 7002
        # 执行slaveof
        slaveof 192.168.188.112 7001
    
     *  通过redis-cli命令连接7003，执行下面命令：
    
        # 连接 7003
        redis-cli -p 7003
        # 执行slaveof
        slaveof 192.168.188.112 7001
    
     *  然后连接 7001节点，查看集群状态：
    
        # 连接 7001
        redis-cli -p 7001
        # 查看状态
        info replication

![在这里插入图片描述][e95783053bd44e9e8d54a62bc1354294.png]

#### 4.2.4 测试 ####

*  只有在7001这个master节点上可以执行写操作，7002和7003这两个slave节点只能执行读操作
    
        127.0.0.1:7001> set num 111
        OK
    
        127.0.0.1:7002> set num 111
        (error) READONLY You can't write against a read only replica.
    
        127.0.0.1:7003> set num 111
        (error) READONLY You can't write against a read only replica.

### 4.3 主从数据同步原理 ###

#### 4.3.1 全量同步 ####

主从第一次建立连接时，会执行**全量同步**，将master节点的所有数据都拷贝给slave节点，流程：  
![在这里插入图片描述][55ffc9ee7e6a4269b36393199e1a8faf.gif_pic_center]  
master如何得知salve是第一次来连接呢？有几个重要概念，可以作为判断依据：

*  **Replication Id**：简称replid，是数据集的标记，id一致则说明是同一数据集。每一个master都有唯一的replid，slave则会继承master节点的replid
 *  **offset**：偏移量，随着记录在repl\_baklog中的数据增多而逐渐增大。slave完成同步时也会记录当前同步的offset。如果slave的offset小于master的offset，说明slave数据落后于master，需要更新。

因此slave做数据同步，必须向master声明自己的replication id 和offset，master才可以判断到底需要同步哪些数据。

*  因为slave原本也是一个master，有自己的replid和offset，当第一次变成slave，与master建立连接时，发送的replid和offset是自己的replid和offset。master判断发现slave发送来的replid与自己的不一致，说明这是一个全新的slave，就知道要做全量同步了。master会将自己的replid和offset都发送给这个slave，slave保存这些信息。以后slave的replid就与master一致了。
 *  因此，**master判断一个节点是否是第一次同步的依据，就是看replid是否一致**。  
    ![在这里插入图片描述][d63c53eb231847538296f0d328b552d2.gif_pic_center]

--------------------

完整流程描述：

*  slave节点请求增量同步
 *  master节点判断replid，发现不一致，拒绝增量同步
 *  master将完整内存数据生成RDB，发送RDB到slave
 *  slave清空本地数据，加载master的RDB
 *  master将RDB期间的命令记录在repl\_baklog，并持续将log中的命令发送给slave
 *  slave执行接收到的命令，保持与master之间的同步

#### 4.3.2 增量同步 ####

*  全量同步需要先做RDB，然后将RDB文件通过网络传输个slave，成本太高了。因此除了第一次做全量同步，其它大多数时候slave与master都是做**增量同步**。
 *  **增量同步：只更新slave与master存在差异的部分数据**  
    ![在这里插入图片描述][055e9157e3444eec88dca0fbad337b7d.gif_pic_center]

#### 4.3.3 repl\_backlog原理 ####

master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?

*  这就要说到全量同步时的repl\_baklog文件了。这个文件是一个固定大小的数组，只不过数组是环形，也就是说**角标到达数组末尾后，会再次从0开始读写**，这样数组头部的数据就会被覆盖。repl\_baklog中会记录Redis处理过的命令日志及offset，包括master当前的offset，和slave已经拷贝到的offset：  
    ![在这里插入图片描述][5aa98c3ad7964afe9c4cade98a72c740.png_pic_center]
 *  slave与master的offset之间的差异，就是salve需要增量拷贝的数据。随着不断有数据写入，master的offset逐渐变大，slave也不断的拷贝，追赶master的offset：  
    ![4588c569cb244e089cc9db5535fcd047.png_pic_center][]
 *  直到数组被填满：

![在这里插入图片描述][3ec8f8ffd4f34630ad4343e59305e4d0.png_pic_center]

*  此时，如果有新的数据写入，就会覆盖数组中的旧数据。不过，旧的数据只要是绿色的，说明是已经被同步到slave的数据，即便被覆盖了也没什么影响。因为未同步的仅仅是红色部分。
 *  如果slave出现网络阻塞，导致master的offset远远超过了slave的offset：

![在这里插入图片描述][821028de6cd14e5091f475351f39f014.png_pic_center]

*  如果master继续写入新数据，其offset就会覆盖旧的数据，直到将slave现在的offset也覆盖

![在这里插入图片描述][21e8c1c06a3d438399a8218413ce4d76.png_pic_center]

*  棕色框中的红色部分，就是尚未同步，但是却已经被覆盖的数据。此时如果slave恢复，需要同步，却发现自己的offset都没有了，无法完成增量同步了。只能做全量同步。

### 4.4 主从同步优化 ###

主从同步可以保证主从数据的一致性，非常重要。可以从以下几个方面来优化Redis主从就集群：

*  在master中配置repl-diskless-sync yes启用无磁盘复制，避免全量同步时的磁盘IO。
 *  Redis单节点上的内存占用不要太大，减少RDB导致的过多磁盘IO
 *  适当提高repl\_baklog的大小，发现slave宕机时尽快实现故障恢复，尽可能避免全量同步
 *  限制一个master上的slave节点数量，如果实在是太多slave，则可以采用主-从-从链式结构，减少master压力

--------------------

*  主从从架构图：  
    ![在这里插入图片描述][b58c13541fe14cab80089a196c660776.png]

### 4.5 小结 ###

1.  简述全量同步和增量同步区别？

*  全量同步：master将完整内存数据生成RDB，发送RDB到slave。后续命令则记录在repl\_baklog，逐个发送给slave。
 *  增量同步：slave提交自己的offset到master，master获取repl\_baklog中从offset之后的命令给slave

1.  什么时候执行全量同步？

*  slave节点第一次连接master节点时
 *  slave节点断开时间太久，repl\_baklog中的offset已经被覆盖时

1.  什么时候执行增量同步？

*  slave节点断开又恢复，并且在repl\_baklog中能找到offset时

## 五 Redis哨兵 ##

slave节点宕机恢复后可以找master节点同步数据，那master节点宕机怎么办？

*  Redis提供了哨兵（Sentinel）机制来实现主从集群的自动故障恢复。

### 5.1 哨兵原理 ###

#### 5.1.1 集群结构和作用 ####

*  哨兵的结构如图：

![在这里插入图片描述][12ed1432e21a46e294631221e2777bd8.png_pic_center]  
哨兵的作用如下：

*  **监控**：Sentinel 会不断检查您的master和slave是否按预期工作
 *  **自动故障恢复**：如果master故障，Sentinel会将一个slave提升为master。当故障实例恢复后也以新的master为主
 *  **通知**：Sentinel充当Redis客户端的服务发现来源，当集群发生故障转移时，会将最新信息推送给Redis的客户端

#### 5.1.2 集群监控原理 ####

Sentinel基于心跳机制监测服务状态，每隔1秒向集群的每个实例发送ping命令：

*  主观下线：如果某sentinel节点发现某实例未在规定时间响应，则认为该实例**主观下线**。
 *  客观下线：若超过指定数量（quorum）的sentinel都认为该实例主观下线，则该实例**客观下线**。quorum值最好超过Sentinel实例数量的一半。

![在这里插入图片描述][504b461ce4f943b7b96c2ec8a7b1b34a.gif_pic_center]

#### 5.1.3 集群故障恢复原理 ####

一旦发现master故障，sentinel需要在salve中选择一个作为新的master，选择依据是这样的：

*  首先会判断slave节点与master节点断开时间长短，如果超过指定值（down-after-milliseconds \* 10）则会排除该slave节点
 *  然后判断slave节点的slave-priority值，越小优先级越高，如果是0则永不参与选举
 *  如果slave-prority一样，则判断slave节点的offset值，越大说明数据越新，优先级越高
 *  最后是判断slave节点的运行id大小，越小优先级越高。

--------------------

当选出一个新的master后，切换流程如下：

*  sentinel给备选的slave1节点发送slaveof no one命令，让该节点成为master
 *  sentinel给所有其它slave发送slaveof 192.168.188.112 7002 命令，让这些slave成为新master的从节点，开始从新的master上同步数据。
 *  最后，sentinel将故障节点标记为slave，当故障节点恢复后会自动成为新的master的slave节点

![在这里插入图片描述][2119a5bfcd064e2f84c993049227d443.gif_pic_center]

#### 5.1.4 小结 ####

Sentinel的三个作用是什么？

*  监控
 *  故障转移
 *  通知

Sentinel如何判断一个redis实例是否健康？

*  每隔1秒发送一次ping命令，如果超过一定时间没有相向则认为是主观下线
 *  如果大多数sentinel都认为实例主观下线，则判定服务下线

故障转移步骤有哪些？

*  首先选定一个slave作为新的master，执行slaveof no one
 *  然后让所有节点都执行slaveof 新master
 *  修改故障节点配置，添加slaveof 新master

### 5.2 搭建哨兵集群 ###

1.  搭建一个三节点形成的Sentinel集群，来监管之前的Redis主从集群。如图：  
    ![在这里插入图片描述][00e36a7d9ddc4efa83f554596d7b61d6.png]

--------------------

1.  三个sentinel实例信息如下：

--------------------

1.  准备实例和配置

*  在同一台虚拟机开启3个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。
 *  创建父文件夹`cluster-sentinel`三个文件夹，名字分别叫`s1、s2、s3`：

# 进入/tmp目录
    cd /tmp
    # 创建目录
    mkdir cluster-sentinel
    cd cluster-sentinel
    mkdir s1 s2 s3

*  然后我们在s1目录创建一个sentinel.conf文件，添加下面的内容：

port 27001
    sentinel announce-ip 192.168.188.112
    sentinel monitor mymaster 192.168.188.112 7001 2
    sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
    sentinel failover-timeout mymaster 60000
    dir "/tmp/cluster-sentinel/s1"

*  解读：
    
     *  `port 27001`：是当前sentinel实例的端口
     *  `sentinel monitor mymaster 192.168.188.112 7001 2`：指定主节点信息
        
         *  `mymaster`：主节点名称，自定义，任意写
         *  `192.168.188.112 7001`：主节点的ip和端口
         *  `2`：选举mast：er时的quorum值
 *  然后将s1/sentinel.conf文件拷贝到s2、s3两个目录中（在cluster-sentinel目录下执行）：
    
        # 方式一：逐个拷贝
        cp s1/sentinel.conf s2
        cp s1/sentinel.conf s3
        # 方式二：管道组合命令，一键拷贝
        echo s2 s3 | xargs -t -n 1 cp s1/sentinel.conf
 *  修改s2、s3两个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为27002、27003：
    
        sed -i -e 's/27001/27002/g' -e 's/s1/s2/g' s2/sentinel.conf
        sed -i -e 's/27001/27003/g' -e 's/s1/s3/g' s3/sentinel.conf

--------------------

1.  启动
    
     *  为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令
    
        # 第1个
        redis-sentinel s1/sentinel.conf
        # 第2个
        redis-sentinel s2/sentinel.conf
        # 第3个
        redis-sentinel s3/sentinel.conf
    
    ![在这里插入图片描述][e60b9fadaf6d4732b71acdf7ec0cd123.png]

--------------------

1.  哨兵集群故障转移测试【仅供参考】
    
        redis-cli -p 7001 shutdown

*  尝试让master节点7001宕机，查看sentinel日志：
    
    ![在这里插入图片描述][19189028f5bd469180515fc9c801fa08.png]
 *  实践的结果：  
    ![在这里插入图片描述][1f0097e325d14f19b780060a93bb68c9.png]
 *  查看集群结构  
    ![在这里插入图片描述][0f40c66b0eb8489bb6c746941e3dd912.png]
 *  重新启动挂掉的节点  
    ![在这里插入图片描述][429e9800714b45f7aab68a1d91d871d7.png]

### 5.3 RedisTemplate的哨兵模式 ###

*  在Sentinel集群监管下的Redis主从集群，其节点会因为自动故障转移而发生变化，Redis的客户端必须感知这种变化，及时更新连接信息。Spring的RedisTemplate底层利用lettuce实现了节点的感知和自动切换。

--------------------

1.  在项目的pom文件中引入依赖：
    
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        </dependency>

--------------------

1.  配置Redis地址
    
     *  在配置文件application.yml中指定redis的sentinel相关信息：
    
        spring:
          redis:
            sentinel:
              master: mymaster
              nodes:
                - 192.168.188.112:27001
                - 192.168.188.112:27002
                - 192.168.188.112:27003

--------------------

1.  配置读写分离
    
     *  在项目的启动类中，添加一个新的bean：
    
        @Bean
        public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer clientConfigurationBuilderCustomizer(){
              
            return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED);
        }

bean中配置的就是读写策略，包括四种：

*  MASTER：从主节点读取
 *  MASTER\_PREFERRED：优先从master节点读取，master不可用才读取replica
 *  REPLICA：从slave（replica）节点读取
 *  REPLICA \_PREFERRED：优先从slave（replica）节点读取，所有的slave都不可用才读取master

--------------------

1.  测试  
    ![在这里插入图片描述][971b77c0eff344b4ba5d88fdf8cd6f51.png_pic_center]  
    ![在这里插入图片描述][1e9e7d8b6022479284969f0f64efb791.png_pic_center]

## 六 Redis分片集群 ##

### 6.1 Redis分片集群简介 ###

主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。但是依然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监测彼此健康状态
 *  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节点

![在这里插入图片描述][ba8e0001b6ea4d23a56b01eb84f87798.gif_pic_center]

### 6.2 搭建分片集群 ###

--------------------

1.  集群结构
    
     *  分片集群需要的节点数量较多，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包含一个slave节点，结构如下：  
        ![在这里插入图片描述][cbfac8ee827940b2a3e79e1d6de3d5b4.png]  
        在同一台虚拟机中开启6个redis实例，模拟分片集群，信息如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">IP</th> 
   <th align="center">PORT</th> 
   <th align="center">角色</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">192.168.188.112</td> 
   <td align="center">7001</td> 
   <td align="center">master</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">192.168.188.112</td> 
   <td align="center">7002</td> 
   <td align="center">master</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">192.168.188.112</td> 
   <td align="center">7003</td> 
   <td align="center">master</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">192.168.188.112</td> 
   <td align="center">8001</td> 
   <td align="center">slave</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">192.168.188.112</td> 
   <td align="center">8002</td> 
   <td align="center">slave</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">192.168.188.112</td> 
   <td align="center">8003</td> 
   <td align="center">slave</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

--------------------

1.  准备实例和配置
    
     *  创建目录
    
        # 进入/tmp目录
        cd /tmp
        # 创建目录\
        mkdit cluster-sharding
        cd cluster-sharding
        mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003
    
     *  在/tmp/cluster-sharding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自己维护
        cluster-config-file /tmp/cluster-sharding/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 /tmp/cluster-sharding/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 192.168.188.112
        # 保护模式
        protected-mode no
        # 数据库数量
        databases 1
        # 日志
        logfile /tmp/cluster-sharding/6379/run.log
    
     *  将这个文件拷贝到每个目录下：
    
        # 进入/tmp目录
        cd /tmp/cluster-sharding
        # 执行拷贝
        echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf
    
     *  修改每个目录下的redis.conf，将其中的6379修改为与所在目录一致：
    
        # 进入/tmp目录
        cd /tmp
        # 修改配置文件
        printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{
              } -t sed -i 's/6379/{}/g' {
              }/redis.conf

--------------------

1.  启动
    
     *  因为已经配置了后台启动模式，所以可以直接启动服务：
    
        # 进入/tmp目录
        cd /tmp/cluster-sharding
        # 一键启动所有服务
        printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{
              } -t redis-server {
              }/redis.conf
    
     *  通过ps查看状态：
    
        ps -ef | grep redis
    
    ![在这里插入图片描述][cf91bfec52a947e68d3edbd08eaefd69.png]

--------------------

1.  如果要关闭所有进程，可以执行命令：
    
        ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill
    
    或者
    
        printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{
              } -t redis-cli -p {
              } shutdown

--------------------

1.  创建集群
    
     *  虽然服务启动了，但是目前每个服务之间都是独立的，没有任何关联。通过命令来管理集群：
    
        redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.188.112:7001 192.168.188.112:7002 192.168.188.112:7003 192.168.188.112:8001 192.168.188.112:8002 192.168.188.112:8003
    
     *  命令说明：
        
         *  `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  
            ![在这里插入图片描述][c1110707ca004b6597d96b7bc2d26b28.png]
     *  输入yes，则集群开始创建：  
        ![在这里插入图片描述][e39223b2de59400d988ed1f4ef52c949.png]
     *  通过命令可以查看集群状态：
    
        redis-cli -p 7001 cluster nodes
    
    ![在这里插入图片描述][86b8a1f759fb42c9a35585fd1c0b286a.png]

--------------------

1.  测试
    
     *  集群操作

![在这里插入图片描述][b5e414860afc4693967978c08b0dccdd.png_pic_center]  
\- 集群操作时，需要给`redis-cli`加上`-c`参数才可以：`-c`:Enable cluster mode (follow -ASK and -MOVED redirections).【启用集群模式(遵循-ASK和-MOVED重定向)。】  
![在这里插入图片描述][a998cb273fe1487b9088a1fcc1edd0b9.png_pic_center]

### 6.3 散列插槽 ###

#### 6.3.1 插槽原理 ####

*  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：  
    ![在这里插入图片描述][585a3243f6af469982825f9df579d22c.png]
 *  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，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  
        ![在这里插入图片描述][be174aa039df40fa960158572954728b.png]

--------------------

#### 6.3.2 小结 ####

*  Redis如何判断某个key应该在哪个实例？
    
     *  将16384个插槽分配到不同的实例
     *  根据key的有效部分计算哈希值，对16384取余
     *  余数作为插槽，寻找插槽所在实例即可
 *  如何将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例？
    
     *  这一类数据使用相同的有效部分，例如key都以\{typeId\}为前缀

--------------------

### 6.4 集群伸缩 ###

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

![在这里插入图片描述][84ce424d5d594d43b0cfcbdf3b7f0ecd.png]

### 6.5 集群伸缩演示 ###

需求：向集群中添加一个新的master节点，并向其中存储 num = 666

*  启动一个新的redis实例，端口为7004
 *  添加7004到之前的集群，并作为一个master节点
 *  给7004节点分配插槽，使得num这个key可以存储到7004实例

两个新的功能：

*  添加一个节点到集群中
 *  将部分插槽分配到新插槽

--------------------

1.  创建新的redis实例
    
     *  在redis-sharding下，创建一个文件夹
    
        mkdir 7004
    
     *  拷贝配置文件：
    
        cp redis.conf 7004
    
     *  修改配置文件：
    
        sed -i s/6379/7004/g 7004/redis.conf
    
     *  启动
    
        redis-server 7004/redis.conf

--------------------

1.  添加新节点到redis
    
     *  执行命令：
    
        redis-cli --cluster add-node  192.168.188.112:7004 192.168.188.112:7001
    
    ![在这里插入图片描述][dac1f940fba94a49bc1464cbdba9d1f9.png]

*  通过命令查看集群状态：
    
        redis-cli -p 7001 cluster nodes
    
    ![在这里插入图片描述][9faa80ca994c414c9661ddef65ff0c5a.png_pic_center]
    
     *  可以看到7004节点的插槽数量为0，因此没有任何数据可以存储到7004上

--------------------

1.  转移插槽
    
     *  将num存储到7004节点，因此需要先看看num的插槽是多少：num的插槽为2765.  
        ![在这里插入图片描述][4f428143bff74b80b2c4a139e4e7f745.png]
     *  可以将0~3000的插槽从7001转移到7004，命令格式如下：  
        ![在这里插入图片描述][52cc1cf71bd24398b0f3842c17b9f3f9.png]
     *  具体命令如下，建立连接，填写要移动的卡槽数量：  
        ![在这里插入图片描述][1ff6d791434d46cebebbe8bcc84951d4.png]  
        ![在这里插入图片描述][3710ce3c263d474ba18c0d49a55a2e30.png]

*  这里询问，你的插槽是从哪里移动过来的？
    
     *  all：代表全部，也就是三个节点各转移一部分
     *  具体的id：目标节点的id
     *  done：没有了
 *  要从7001获取，因此填写7001的id  
    ![在这里插入图片描述][599dafc538514523bf15c0968962cbcc.png]  
    ![在这里插入图片描述][366b94cbc3744a71b354a78bc0d8997c.png]
    
     *  输入yes，即可完成卡槽分配
    
        Do you want to proceed with the proposed reshard plan (yes/no)? yes
    
     *  通过命令查看结果
    
        redis-cli -p 7001 cluster nodes

![在这里插入图片描述][1c2de50bec4148119cdcb5dd3084fb99.png]

### 6.6 故障转移 ###

*  集群初始状态是这样的：可以看到7002是主节点  
    ![在这里插入图片描述][6c47c4a96b824488b759ece45022b93c.png]
 *  其中7001、7002、7003都是master，我们计划让7002宕机

#### 6.6.1 自动故障转移 ####

*  直接停止一个redis实例，例如7002：

redis-cli -p 7002 shutdown

1.  首先是该实例与其它实例失去连接，然后是疑似宕机  
    ![在这里插入图片描述][aab2417f00cd40648dbe8af1a30a3d4f.png]
2.  最后是确定下线，自动提升一个slave为新的master：  
    ![在这里插入图片描述][07ab4e8b031b45949fdc54280a86ffc0.png]
3.  当7002再次启动，就会变为一个slave节点  
    ![在这里插入图片描述][40ee2b2282dd4df68124f6a825833098.png]

#### 6.6.2 手动故障转移 ####

*  利用cluster failover命令可以手动让集群中的某个master宕机，然后将master的身份切换到执行cluster failover命令的slave节点，实现无感知的数据迁移。其流程如下：  
    ![在这里插入图片描述][b6840d3adea442a4bd71890a10361a41.png]  
    这种failover命令可以指定三种模式：
    
     *  缺省：默认的流程，如图1~6歩
     *  force：省略了对offset的一致性校验
     *  takeover：直接执行第5歩，忽略数据一致性、忽略master状态和其它master的意见
 *  演示
    
     *  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7002这个节点
    2.  执行cluster failover命令  
        ![在这里插入图片描述][ec5875752daf4b6a8cdb93fed6ee3cb0.png]
 *  结果：  
    ![在这里插入图片描述][92c0b9032bff402195df0a7c51eb7c2c.png]

### 6.7 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
    2.  配置分片集群地址
    3.  配置读写分离
 *  与哨兵模式相比，其中只有分片集群的配置方式略有差异，如下：
    
        spring:
          redis:
            cluster:
              nodes:
                - 192.168.188.112:7001
                - 192.168.188.112:7002
                - 192.168.188.112:7003
                - 192.168.188.112:8001
                - 192.168.188.112:8002
                - 192.168.188.112:8003
 *  结果：  
    ![在这里插入图片描述][b5148310807f48419decb7b160ab00b4.png]

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