Redis分片集群如何实现高效查询？

1.Redis分片集群 1.1.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，如图: 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。 1.2.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： 这里会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： IP PORT 角色 192.168.150.101 7001 master 192.168.150.101 7002 master 192.168.150.101 7003 master 192.168.150.101 8001 slave 192.168.150.101 8002 slave 192.168.150.101 8003 slave 1.3.准备实例和配置 删除之前的7001、7002、7003这几个目录，重新创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录： # 进入/tmp目录 cd /tmp # 删除旧的，避免配置干扰 rm -rf 7001 7002 7003 # 创建目录 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自己维护 cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf # 节点心跳失败的超时时间 cluster-node-timeout 5000 # 持久化文件存放目录 dir /tmp/6379 # 绑定地址 bind 0.0.0.0 # 让redis后台运行 daemonize yes # 注册的实例ip replica-announce-ip 192.168.150.101 # 保护模式 protected-mode no # 数据库数量 databases 1 # 日志 logfile /tmp/6379/run.log 将这个文件拷贝到每个目录下： # 进入/tmp目录 cd /tmp # 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 1.4.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 # 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 发现服务都已经正常启动： 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（推荐这种方式）： printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown 1.5.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。 我们需要执行命令来创建集群，在Redis5.0之前创建集群比较麻烦，5.0之后集群管理命令都集成到了redis-cli中。 1）Redis5.0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是有ruby语言编写的所以需要安装ruby环境。 # 安装依赖 yum -y install zlib ruby rubygems gem install redis 然后通过命令来管理集群： # 进入redis的src目录 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 2）Redis5.0以后 我们使用的是Redis6.2.4版本，集群管理以及集成到了redis-cli中，格式如下： 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 运行后的样子： 这里输入yes，则集群开始创建： 通过命令可以查看集群状态： redis-cli -p 7001 cluster nodes 1.6.测试 尝试连接7001节点，存储一个数据： # 连接 redis-cli -p 7001 # 存储数据 set num 123 # 读取数据 get num # 再次存储 set a 1 结果悲剧了： 集群操作时，需要给redis-cli加上-c参数才可以： redis-cli -c -p 7001 这次可以了： 2.散列插槽 2.1.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： 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 例如：key是num，那么就根据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。 如图，在7001这个节点执行set a 1时，对a做hash运算，对16384取余，得到的结果是15495，因此要存储到103节点。 到了7003后，执行get num时，对num做hash运算，对16384取余，得到的结果是2765，因此需要切换到7001节点 2.2.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 3.集群伸缩 3.1.命令帮助 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： 比如，添加节点的命令： 3.2.需求分析 需求：向集群中添加一个新的master节点，并向其中存储 num = 10 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 这里需要两个新的功能： 添加一个节点到集群中 将部分插槽分配到新插槽 3.3.创建新的redis实例 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 /s/6379/7004/g 7004/redis.conf 启动 redis-server 7004/redis.conf 3.4.添加新节点到redis 添加节点的语法如下： 执行命令： redis-cli --cluster add-node 192.168.150.101:7004 192.168.150.101:7001 通过命令查看集群状态： redis-cli -p 7001 cluster nodes 如图，7004加入了集群，并且默认是一个master节点： 但是，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 3.5.转移插槽 我们要将num存储到7004节点，因此需要先看看num的插槽是多少： 如上图所示，num的插槽为2765. 可以将0~3000的插槽从7001转移到7004，命令格式如下： 具体命令如下： 建立连接： 得到下面的反馈： 询问要移动多少个插槽，计划是3000个： 新的问题来了： 那个node来接收这些插槽？？ 显然是7004，那么7004节点的id是多少呢？ 复制这个id，然后拷贝到刚才的控制台后： 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 这里我们要从7001获取，因此填写7001的id： 填完后，点击done，这样插槽转移就准备好了： 确认要转移吗？输入yes： 然后，通过命令查看结果： 可以看到： 目的达成。 3.故障转移 集群初识状态是这样的： 其中7001、7002、7003都是master，我们计划让7002宕机。 3.1.自动故障转移 当集群中有一个master宕机会发生什么呢？ 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 2）然后是疑似宕机： 3）最后是确定下线，自动提升一个slave为新的master： 4）当7002再次启动，就会变为一个slave节点了： 3.2.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，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： 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 案例需求：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 如图： 效果：