这可能是目前最全的Redis高可用技术解决方案

爱被打了一巴掌 2022-05-15 08:14 271阅读 0赞

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原作者：张东洪

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# 常见的使用方式 #

Redis的几种常见的使用方式包括：

Redis 单副本

Redis 多副本（主从）

Redis Sentinel（哨兵）

Redis Cluster

Redis 自研

# 各种使用的优缺点 #

## Redis 单副本 ##

Redis 单副本，采用单个Redis节点部署架构，没有备用节点实时同步数据，不提供数据持久化和备份策略，适用于数据可靠性要求不高的纯缓存业务场景。

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### 优点 ###

*  架构简单，部署方便。
 *  高性价比：缓存使用时无需备用节点（单实例可用性可以用supervisor或crontab保证），当然为了满足业务的高可用性，也可以牺牲一个备用节点，但同一时刻只有一个实例对外提供服务。
 *  高性能。

### 缺点 ###

*  不保证数据的可靠性。
 *  在缓存使用，进程重启后，数据丢失，即使有备用的节点解决高性能，但是仍然不能解决缓存预热问题，因此不适用于数据可靠性要求高的业务。
 *  高性能受限于单核CPU的处理能力（Redis是单线程机制），CPU为主要瓶颈，所以适合操作命令简单，排序，计算较少的场景。也可以考虑用memcached替代。

## Redis 多副本（主从） ##

Redis 多副本，采用主从（replication）部署结构，相较于单副本而言最大的特点就是主从实例间数据实时同步，并且提供数据持久化和备份策略。

主从实例部署在不同的物理服务器上，根据公司的基础环境配置，可以实现同时对外提供服务和读写分离策略。

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### 优点 ###

*  高可靠性：一方面，采用双击主备架构，能够在主库出现故障时自动进行主备切换，从库提升为主库提供服务，保证服务平稳运行；另一方面，开启数据持久化功能和配置合理的备份策略，能有效的解决数据误操作和数据异常丢失的问题。
 *  读写分离策略：从节点可以扩展主库节点的读能力，有效应对大并发量的读操作。

### 缺点 ###

*  故障恢复复杂，如果没有Redis HA 系统（需要开发），当主库节点出现故障时，需要手动将一个从节点晋升为主节点，同时需要通知业务方变更配置，并且需要让其他从库节点去复制新主库节点，整个过程需要人为干预，比较繁琐。
 *  主库的写能力受到单机的限制，可以考虑分片。
 *  主库的存储能力受到单机的限制，可以考虑Pika。
 *  原生复制的弊端在早期的版本中也会比价突出，如：Redis 复制中断后，Slave 会发起 psync ，此时如果同步不成功，则会进行全量同步，主库执行全量备份的同时，可能会造成毫秒或秒级的卡顿。
 *  又由于COW 机制，导致极端情况下的主库内存溢出，程序异常退出或宕机；主库节点生成备份文件导致服务器磁盘IO和CPU 资源消耗；发送数GB 大小的备份文件导致服务器出口带宽暴增，阻塞请求，建议升级到最新版本。

## Redis Sentinel（哨兵） ##

Redis Sentinel 是社区版本推出的原生高可用解决方案，其部署架构主要包括两部分：Redis Sentinel 集群和 Redis 数据集群。

其中Redis Sentinel 集群是由若干Sentinel 节点组成的分布式集群，可以实现故障发现，故障自动转移，配置中心和客户端通知。Redis Sentinel 的节点数量要满足 2n + 1 （n>=1）的奇数个。

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### 优点 ###

*  Redis Sentinel 集群部署简单；
 *  能够解决 Redis 主从模式下的高可用切换问题；
 *  很方便实现 Redis 数据节点的线形扩展，轻松突破 Redis 自身单线程瓶颈，可极大满足 Redis 大容量或高性能的业务需求；
 *  可以实现一套 Sentinel 监控一组 Redis 数据节点或多组数据节点。

### 缺点 ###

*  部署相对 Redis 主从模式要复杂一些，原理理解更繁琐；
 *  资源浪费，Redis 数据节点中 slave 节点作为备份节点不提供服务；
 *  Redis Sentinel 主要是针对 Redis 数据节点中的主节点的高可用切换，对 Redis 的数据节点做失败判定分为主观下线和客观下线两种，对于 Redis 的从节点有对节点做主观下线操作，并不执行故障转移。
 *  不能解决读写分离问题，实现起来相对复杂。

### **建议** ###

*  如果监控同一业务，可以选择一套 Sentinel 集群监控多组 Redis 数据节点的方案，反之选择一套 Sentinel 监控一组 Redis 数据节点的方案。
 *  sentinel monitor <master-name> <ip> <port> <quorum> 配置中的<quorum>建议设置成 Sentinel 节点的一半加 1，当 Sentinel 部署在多个 IDC 的时候，单个 IDC 部署的 Sentinel 数量不建议超过（Sentinel 数量 – quorum）。
 *  合理设置参数，防止误切，控制切换灵敏度控制：

1.  quorum
2.  down-after-milliseconds 30000
3.  failover-timeout 180000
4.  maxclient
5.  timeout

*  部署的各个节点服务器时间尽量要同步，否则日志的时序性会混乱。
 *  Redis 建议使用 pipeline 和 multi-keys 操作，减少 RTT 次数，提高请求效率。
 *  自行搞定配置中心（zookeeper），方便客户端对实例的链接访问。

## Redis Cluster ##

Redis Cluster 是社区版推出的 Redis 分布式集群解决方案，主要解决 Redis 分布式方面的需求，比如，当遇到单机内存，并发和流量等瓶颈的时候，Redis Cluster 能起到很好的负载均衡的目的。

Redis Cluster 集群节点最小配置 6 个节点以上（3 主 3 从），其中主节点提供读写操作，从节点作为备用节点，不提供请求，只作为故障转移使用。

Redis Cluster 采用虚拟槽分区，所有的键根据哈希函数映射到 0～16383 个整数槽内，每个节点负责维护一部分槽以及槽所映射的键值数据。

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### 优点 ###

*  无中心架构；
 *  数据按照 slot 存储分布在多个节点，节点间数据共享，可动态调整数据分布；
 *  可扩展性：可线性扩展到 1000 多个节点，节点可动态添加或删除；
 *  高可用性：部分节点不可用时，集群仍可用。通过增加 Slave 做 standby 数据副本，能够实现故障自动 failover，节点之间通过 gossip 协议交换状态信息，用投票机制完成 Slave 到 Master 的角色提升；
 *  降低运维成本，提高系统的扩展性和可用性。

### 缺点 ###

*  Client 实现复杂，驱动要求实现 Smart Client，缓存 slots mapping 信息并及时更新，提高了开发难度，客户端的不成熟影响业务的稳定性。目前仅 JedisCluster 相对成熟，异常处理部分还不完善，比如常见的“max redirect exception”。
 *  节点会因为某些原因发生阻塞（阻塞时间大于 clutser-node-timeout），被判断下线，这种 failover 是没有必要的。
 *  数据通过异步复制，不保证数据的强一致性。
 *  多个业务使用同一套集群时，无法根据统计区分冷热数据，资源隔离性较差，容易出现相互影响的情况。
 *  Slave 在集群中充当“冷备”，不能缓解读压力，当然可以通过 SDK 的合理设计来提高 Slave 资源的利用率。
 *  Key 批量操作限制，如使用 mset、mget 目前只支持具有相同 slot 值的 Key 执行批量操作。对于映射为不同 slot 值的 Key 由于 Keys 不支持跨 slot 查询，所以执行 mset、mget、sunion 等操作支持不友好。
 *  Key 事务操作支持有限，只支持多 key 在同一节点上的事务操作，当多个 Key 分布于不同的节点上时无法使用事务功能。
 *  Key 作为数据分区的最小粒度，不能将一个很大的键值对象如 hash、list 等映射到不同的节点。
 *  不支持多数据库空间，单机下的 redis 可以支持到 16 个数据库，集群模式下只能使用 1 个数据库空间，即db  0 。
 *  复制结构只支持一层，从节点只能复制主节点，不支持嵌套树状复制结构。
 *  避免产生 hot-key，导致主库节点成为系统的短板。
 *  避免产生 big-key，导致网卡撑爆、慢查询等。
 *  重试时间应该大于 cluster-node-time 时间。
 *  Redis Cluster 不建议使用 pipeline和multi-keys 操作，减少 max redirect 产生的场景。

## Redis 自研 ##

Redis 自研的高可用解决方案，主要体现在配置中心、故障探测和 failover 的处理机制上，通常需要根据企业业务的实际线上环境来定制化。

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### 优点 ###

*  高可靠性、高可用性；
 *  自主可控性高；
 *  贴合业务实际需求，可缩性好，兼容性好。

### 缺点 ###

*  实现复杂，开发成本高；
 *  需要建立配套的周边设施，如监控，域名服务，存储元数据信息的数据库等；
 *  维护成本高。

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