Redis 集群设计方案

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2023-07-04 15:47 36阅读 0赞

# Redis 集群设计方案 #

## 一、Redis 集群的原因 ##

Redis由于某些原因（比如 宕机、cache服务挂了或者不响应）整体crash掉了，导致大量请求到达后端数据库，从而导致数据库崩溃，整个系统崩溃，发生灾难，这就是我们常说的缓存雪崩问题，雪崩问题及解决方案可以查看《[缓存问题及解决方案][Link 1]》。所以Redis集群是保证系统稳定运行必要手段之一。

## 二、Redis的集群模式 ##

### 2.1、主从模式 ###

#### 2.1.1、介绍 ####

![image.png][]  
主从模式是三种模式中最简单的，在主从复制中，数据库分为两类：主数据库(master)和从数据库(slave)。其中主从复制有如下特点：

1.  主数据库可以进行读写操作，当读写操作导致数据变化时会自动将数据同步给从数据库
2.  从数据库一般都是只读的，并且接收主数据库同步过来的数据
3.  一个master可以拥有多个slave，但是一个slave只能对应一个master
4.  slave挂了不影响其他slave的读和master的读和写，重新启动后会将数据从master同步过来
5.  master挂了以后，不影响slave的读，但redis不再提供写服务，master重启后redis将重新对外提供写服务
6.  master挂了以后，不会在slave节点中重新选一个master

#### 2.1.2、工作机制 ####

![image.png][image.png 1]  
当slave启动后，主动向master发送SYNC命令。master接收到SYNC命令后在后台保存快照（RDB持久化）和缓存保存快照这段时间的命令，然后将保存的快照文件和缓存的命令发送给slave。slave接收到快照文件和命令后加载快照文件和缓存的执行命令。

复制初始化后，master每次接收到的写命令都会同步发送给slave，保证主从数据一致性。

#### 2.1.3、缺点 ####

从上面可以看出，master节点在主从模式中唯一，若master挂掉，则redis无法对外提供写服务。

### 2.2、Sentinel模式 ###

#### 2.2.1、介绍 ####

![image.png][image.png 2]  
主从模式的弊端就是不具备高可用性，当master挂掉以后，Redis将不能再对外提供写入操作，因此sentinel应运而生。  
sentinel中文含义为哨兵，顾名思义，它的作用就是监控redis集群的运行状况，特点如下：

1.  sentinel模式是建立在主从模式的基础上，如果只有一个Redis节点，sentinel就没有任何意义
2.  当master挂了以后，sentinel会在slave中选择一个做为master，并修改它们的配置文件，其他slave的配置文件也会被修改，比如slaveof属性会指向新的master
3.  当master重新启动后，它将不再是master而是做为slave接收新的master的同步数据
4.  sentinel因为也是一个进程有挂掉的可能，所以sentinel也会启动多个形成一个sentinel集群
5.  多sentinel配置的时候，sentinel之间也会自动监控
6.  当主从模式配置密码时，sentinel也会同步将配置信息修改到配置文件中，不需要担心
7.  一个sentinel或sentinel集群可以管理多个主从Redis，多个sentinel也可以监控同一个redis
8.  sentinel最好不要和Redis部署在同一台机器，不然Redis的服务器挂了以后，sentinel也挂了

#### 2.2.2、工作机制 ####

*  每个sentinel以每秒钟一次的频率向它所知的master，slave以及其他sentinel实例发送一个 PING 命令
 *  如果一个实例距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 选项所指定的值
 *  则这个实例会被sentinel标记为主观下线。如果一个master被标记为主观下线，则正在监视这个master的所有sentinel要以每秒一次的频率确认master的确进入了主观下线状态
 *  当有足够数量的sentinel（大于等于配置文件指定的值）在指定的时间范围内确认master的确进入了主观下线状态， 则master会被标记为客观下线
 *  在一般情况下， 每个sentinel会以每 10 秒一次的频率向它已知的所有master，slave发送 INFO 命令
 *  当master被sentinel标记为客观下线时，sentinel向下线的master的所有slave发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为 1 秒一次
 *  若没有足够数量的sentinel同意master已经下线，master的客观下线状态就会被移除
 *  若master重新向sentinel的 PING 命令返回有效回复，master的主观下线状态就会被移除

当使用sentinel模式的时候，客户端就不要直接连接Redis，而是连接sentinel的ip和port，由sentinel来提供具体的可提供服务的Redis实现，这样当master节点挂掉以后，sentinel就会感知并将新的master节点提供给使用者。

### 2.3、Cluster模式 ###

#### 2.3.1、介绍 ####

![image.png][image.png 3]  
sentinel模式基本可以满足一般生产的需求，具备高可用性。但是当数据量过大到一台服务器存放不下的情况时，主从模式或sentinel模式就不能满足需求了，这个时候需要对存储的数据进行分片，将数据存储到多个Redis实例中。cluster模式的出现就是为了解决单机Redis容量有限的问题，将Redis的数据根据一定的规则分配到多台机器。

cluster可以说是sentinel和主从模式的结合体，通过cluster可以实现主从和master重选功能，所以如果配置两个副本三个分片的话，就需要六个Redis实例。因为Redis的数据是根据一定规则分配到cluster的不同机器的，当数据量过大时，可以新增机器进行扩容。

使用集群，只需要将redis配置文件中的cluster-enable配置打开即可。每个集群中至少需要三个主数据库才能正常运行，新增节点非常方便。

#### 2.3.2、集群特点 ####

*  多个redis节点网络互联，数据共享
 *  所有的节点都是一主一从（也可以是一主多从），其中从不提供服务，仅作为备用
 *  不支持同时处理多个key（如MSET/MGET），因为redis需要把key均匀分布在各个节点上，并发量很高的情况下同时创建key-value会降低性能并导致不可预测的行为
 *  支持在线增加、删除节点
 *  客户端可以连接任何一个主节点进行读写

## 三、集群模式选择 ##

主从模式，当主节点挂掉后，redis将无法对外提供写服务，不能保证缓存的高可用。Sentinel模式，保证了缓存的高可用，但是当数据量过大时，不支持扩展，适合缓存较少的系统。Cluster模式，既满足了高可用性，对新增节点非常方便，推荐使用。

[Link 1]: https://blog.csdn.net/yangwenpei116/article/details/104265393
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