摘要：本文將講解如何基于搭建集群，的集群設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分主從復(fù)制和哈希。至此，集群基本安裝成功。后期運(yùn)維基本命令集群節(jié)點(diǎn)槽常見(jiàn)問(wèn)題把所有的物理節(jié)點(diǎn)映射到個(gè)哈希槽上，負(fù)責(zé)維護(hù)。

Redis集群概述

Redis作為當(dāng)前非常熱門(mén)的內(nèi)存型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，可用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，緩存和消息代理等。本文將講解如何基于docker搭建Redis集群，Redis的集群設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分：主從復(fù)制和哈希Slot。
1.1. 主從復(fù)制
主從復(fù)制在數(shù)據(jù)庫(kù)中很常見(jiàn)，一般用來(lái)做讀寫(xiě)分離，Redis中也是如此。要求只有1個(gè)Master（主節(jié)點(diǎn)），可以有N個(gè)slaver（從節(jié)點(diǎn)），而且Slaver也可以有自己的Slaver，由于這種主從的關(guān)系決定他們是在配置階段就要指定他們的上下級(jí)關(guān)系，而不是Zookeeper那種平行關(guān)系是自主推優(yōu)出來(lái)的。
讀寫(xiě)分離，Master只負(fù)責(zé)寫(xiě)和同步數(shù)據(jù)給Slaver，Slaver承擔(dān)了被讀的任務(wù)，所以Slaver的擴(kuò)容只能提高讀效率不能提高寫(xiě)效率。
Slaver先將Master那邊獲取到的信息壓入磁盤(pán)，再load進(jìn)內(nèi)存，client端是從內(nèi)存中讀取信息的。當(dāng)一個(gè)新的Slaver加入到這個(gè)集群時(shí)，會(huì)主動(dòng)找Master來(lái)拜碼頭，Master發(fā)現(xiàn)新的小弟后將全量數(shù)據(jù)發(fā)送給新的Slaver，數(shù)據(jù)量越大性能消耗也就越大，所以盡量避免在運(yùn)行時(shí)做Slaver的擴(kuò)容。
優(yōu)點(diǎn)：讀寫(xiě)分離，通過(guò)增加Slaver可以提高并發(fā)讀的能力。
缺點(diǎn)：Master寫(xiě)能力是瓶頸，維護(hù)Slaver開(kāi)銷(xiāo)也總將會(huì)變成瓶頸。
1.2. 哈希Slot
哈希Slot名字上可能不好理解，其實(shí)就是數(shù)據(jù)庫(kù)中的“水平劃分”。如果你之前有了解過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的表分區(qū)的話(huà)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)下來(lái)對(duì)于哈希Slot的描述，就和數(shù)據(jù)庫(kù)表分區(qū)里面的“HASH分區(qū)”原理上大致相同。

對(duì)象保存到Redis之前先經(jīng)過(guò)CRC16哈希到一個(gè)指定的Node上，例如圖中Object4最終Hash到了Node1上。
每個(gè)Node被平均分配了一個(gè)Slot段，對(duì)應(yīng)著0-16384，Slot不能重復(fù)也不能缺失，否則會(huì)導(dǎo)致對(duì)象重復(fù)存儲(chǔ)或無(wú)法存儲(chǔ)。
Node之間也互相監(jiān)聽(tīng)，一旦有Node退出或者加入，會(huì)按照Slot為單位做數(shù)據(jù)的遷移。例如Node1如果掉線(xiàn)了，0-5640這些Slot將會(huì)平均分?jǐn)偟絅ode2和Node3上,由于Node2和Node3本身維護(hù)的Slot還會(huì)在自己身上不會(huì)被重新分配，所以遷移過(guò)程中不會(huì)影響到 5641-16384 Slot段的使用。
優(yōu)點(diǎn)：將Redis的寫(xiě)操作分?jǐn)偟搅硕鄠€(gè)節(jié)點(diǎn)上，提高寫(xiě)的并發(fā)能力，擴(kuò)容簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn)：每個(gè)Node承擔(dān)著互相監(jiān)聽(tīng)、高并發(fā)數(shù)據(jù)寫(xiě)入、高并發(fā)數(shù)據(jù)讀出，工作任務(wù)繁重。
1.3. 合二為一
看到這里大家也就發(fā)現(xiàn)了，主從和哈希的設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)正好是相互彌補(bǔ)的，將二者結(jié)合在一起，就是Redis集群的終極形態(tài)，先Hash分邏輯節(jié)點(diǎn)，然后每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)內(nèi)部是主從，如圖：

2.集群安裝
默認(rèn)我們已經(jīng)有了docker環(huán)境，現(xiàn)在開(kāi)始基于docker安裝Redis集群。redis 5.0 版本之前，網(wǎng)上有很多教程都是通過(guò)redis-trib.rb 來(lái)創(chuàng)建集群，但是redis 5.0 版本以后，就只能通過(guò) redis-cli 來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文即通過(guò) redis-cli 創(chuàng)建集群，因?yàn)閞edis集群的節(jié)點(diǎn)選舉方式是需要半數(shù)以上的master通過(guò)，所以建議創(chuàng)建奇數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。本例中創(chuàng)建3個(gè)Master節(jié)點(diǎn)，并為每個(gè)Master節(jié)點(diǎn)各分配1個(gè)Slave節(jié)點(diǎn)。
2.1. 宿主機(jī)環(huán)境
首先需要找一份原始的redis.conf文件，將其重命名為：redis-cluster.tmpl，并配置如下幾個(gè)參數(shù)，此文件的目的是生成每一個(gè)redis實(shí)例的redis.conf:

vi redis-cluster.tmpl

然后執(zhí)行下列腳本，給3個(gè)Master和3個(gè)Slave創(chuàng)建各自的掛載卷目

錄當(dāng)前目錄結(jié)構(gòu)為

2.2. 創(chuàng)建Redis節(jié)點(diǎn)
假設(shè)我們只考慮單純的docker環(huán)境，并無(wú)docker-compose和k8s之類(lèi)的服務(wù)編排，每個(gè)redis容器之間必須要保證通訊，可以通過(guò)創(chuàng)建docker network。（使用微服務(wù)編排的情況，后續(xù)再討論）

現(xiàn)在我們就可以運(yùn)行docker redis 的 master 和 slave 實(shí)例了

查看已創(chuàng)建的redis容器

2.3. 構(gòu)建集群
通過(guò)redis-cli 命令構(gòu)建集群，隨便找一個(gè)redis容器，運(yùn)行redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 ip:port 命令即可

記住構(gòu)建集群時(shí)，要保證節(jié)點(diǎn)redis數(shù)據(jù)為空，否則會(huì)出現(xiàn)下列錯(cuò)誤。

2.4. 集群驗(yàn)證
集群搭建完成后，我們通過(guò) redis-cli 命令連接集群節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證一下。redis 集群節(jié)點(diǎn)的連接命令是通過(guò) redis-cli -c -h ${ip} -p ${port}


可以看到通過(guò) "cluster info"命令看到集群的基本信息，所有的slot (16384) 都分配完畢。然后通過(guò) "cluster nodes" 命令查看到每個(gè)master節(jié)點(diǎn)的slot分配的區(qū)域。至此，redis集群基本安裝成功。
3.后期運(yùn)維
3.1. 基本命令
集群

節(jié)點(diǎn)

槽(slot)

3.2. 常見(jiàn)問(wèn)題
（1）redis-cluster 把所有的物理節(jié)點(diǎn)映射到[ 0 ~ 16383 ]個(gè)slot（哈希槽）上，cluster負(fù)責(zé)維護(hù) node<->slot<->value。
（2）集群任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)中，如果master掛掉，但是還有slaver，slave將自動(dòng)升為 master，系統(tǒng)正常。
（3）集群任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)中，如果master掛掉，并且沒(méi)有slaver，集群將進(jìn)入fail狀態(tài)。
（4）如果集群超過(guò)半數(shù)以上節(jié)點(diǎn)的master掛掉，不管是否有slaver，集群都將進(jìn)入fail狀態(tài)。
（5）節(jié)點(diǎn)判斷是否失效的選舉，是集群中所有的master參與的，如果半數(shù)以上的master節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前被檢測(cè)的master節(jié)點(diǎn)通訊檢測(cè)超時(shí)（cluster-node-timerout），就認(rèn)為當(dāng)前master節(jié)點(diǎn)掛掉了。
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