Redis(二)——Redis集群部署与集群原理分析

Redis集群方案比较

哨兵模式

在redis3.0以前的版本要实现集群一般是借助哨兵sentinel工具来监控master节点的状态，如果master节点异常，则会做主从切换，将某一台slave作为master，哨兵的配置略微复杂，并且性能和高可用性等各方面表现一般，特别是在主从切换的瞬间存在访问瞬断的情况，而且哨兵模式只有一个主节点对外提供服务，没法支持很高的并发，且单个主节点内存也不宜设置得过大，否则会导致持久化文件过大，影响数据恢复或主从同步的效率

高可用集群模式

redis集群是一个由多个主从节点群组成的分布式服务器群，它具有复制、高可用和分片特性。Redis集群不需要sentinel哨兵也能完成节点移除和故障转移的功能。需要将每个节点设置成集群模式，这种集群模式没有中心节点，可水平扩展，据官方文档称可以线性扩展到上万个节点(官方推荐不超过1000个节点)。redis集群的性能和高可用性均优于之前版本的哨兵模式，且集群配置非常简单

Redis高可用集群搭建（三主三从）

第一步：准备三套cent os环境

• 1.现有环境描述
  两台笔记本，一台笔记本上安装了一个vm ware，并安装了一个cent os7的操作系统。另一台笔记本纯净版，啥都没有。
• 2.安装计划
  将本机这个centos7克隆两份，使用移动硬盘复制到另一台笔记本上，在另一台上安装虚拟机，并导入这两份克隆的镜像。（由于每台笔记本配置都不太高，但是台数多，所以暂时采用这种方式）。
• 3.踩过的坑
  • 两台笔记本安装的虚拟机的版本必须一致，我使用14版本的虚拟机克隆的镜像，在另一台上安装的是12版本的虚拟机，发现无法开启虚拟机。提示版本问题。克隆的链接参考这位博主的文章（https://blog.csdn.net/weixin_37417954/article/details/82355985）
  • 安装好虚拟机之后，并安装好镜像之后，需要修改镜像的ip地址和mac地址。修改之后需要重启网络，重启网络的命令是
    重新启动网络：
    systemctl start network.service
    或者
    service network restart
  • 等待另一台笔记本的网络在虚拟机内外能互相ping通之后，那么问题来了，如何使用本机去连接另一台笔记本的虚拟机里面的cent os环境的网络呢。
    • 方案一：本机的虚拟机使用nat网络模式，另一台机器也使用nat网络模式，采用端口映射的方式，访问另一台机器的虚拟机中的cent os。笔者配置不成功。给出windows，centos下查找端口号的操作（https://www.cnblogs.com/PBDragon/archive/2012/10/09/2717033.html）
      
      （https://www.cnblogs.com/hangj/p/4993145.html）
      
    • 方案二：本机的虚拟机使用nat网络模式，另一台机器也使用桥接网络模式，配置成物理机一样的网关，ip地址也配成和物理机在同一网段。可以成功访问另一台机器的虚拟机中的cent os。

第二步：修改redis.conf文件，并复制其他集群

redis集群需要至少要三个master节点，我们这里搭建三个master节点，并且给每个 master再搭建一个slave节点，总共6个redis节点，这里用三台机器部署6个redis实例，每台机器一主一从。

• 1.：在第一台机器的/usr/local下创建文件夹redis-cluster，然后在其下面分别创建2个 文件夾如下 （1）mkdir -p /usr/local/redis-cluster （2）mkdir 8001、 mkdir 8004
• 2：把之前的redis.conf配置文件copy到8001下，修改如下内容：
  • 1.daemonize yes
  • 2.port 8001（分别对每个机器的端口号进行设置）
  • 3.dir /usr/local/redis-cluster/8001/（指定数据文件存放位置，必须要指定不同的目 录位置，不然会丢失数据）
  • 4.cluster-enabled yes（启动集群模式）
  • 5.cluster-config-file nodes-8001.conf（集群节点信息文件，这里800x最好和port对 应上）
  • 6.cluster-node-timeout 5000
  • 7.注释bind绑定访问ip信息 (# bind 127.0.0.1)
  • 8.关闭保护模式(protected-mode no )
  • 9.appendonly yes 如果要设置密码需要增加如下配置：
  • 10.requirepass zhuge (设置redis访问密码)
  • 11.masterauth zhuge (设置集群节点间访问密码，跟上面一致)
• 3：把修改后的配置文件，copy到8002，修改第2、3、5项里的端口号
• 4：另外两台机器也需要做上面几步操作，第二台机器用8002和8005，第三台机器用 8003和8006

第三步：分别启动6个redis实例

linux常见指令
一、Linux、CentOS下重命名文件和文件夹
mv：move 用移动文件命令就可以了，因为linux系统没有专门的重命名命令。
基本格式：
移动文件：mv 文件名 移动目的地文件名
重命名文件：mv 文件名 修改后的文件名
示例：mv oldfilename newfilename （oldfilename为旧文件名，newfilename为新文件名）
二、Linux、CentOS下删除文件和文件夹
通常情况下，删除文件用：rm 文件名。删除文件夹用：rmdir 文件夹名。
但是rmdir不能删除非空的文件夹，那如何删除非空文件夹呢：命令：rm -rf 非空文件夹名；
-r 就是向下递归，不管有多少级目录，一并删除。
-f 就是直接强行删除，不作任何提示的意思。
1、删除文件夹命令
rm -rf /var/log/httpd/access
将会删除/var/log/httpd/access目录以及其下所有文件、文件夹
2、删除文件命令
rm -f /var/log/httpd/access.log
将会强制删除/var/log/httpd/access.log这个文件

配置好的环境如下

5.3（8001,8004）
105（8002,8005）
104（8003,8006）

启动第一台机器（5.3）的redis集群

/usr/local/redis/bin/redis-server /usr/local/redis/rediscluster/8001/redis.conf

同时也启动另外两台机器（105,104）的redis集群


用redis-cli创建整个redis集群(redis5以前的版本集群是依靠ruby脚本redis- trib.rb实现)

/usr/local/redis/bin/redis-cli -a 123456 --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.5.3:8001 192.168.1.105:8002 192.168.1.104:8003 192.168.5.3:8004 192.168.1.105:8005 192.168.1.104:8006

踩坑

发现本机的这台虚拟机安装的cent os无法ping通另外一台笔记本的虚拟机内的cent os，于是，上面的安装失败。

解决方案

在另一台机器上再安装一个cent os(106)。将5.3（8001,8004）修改成106（8001,8004）

第四步：验证redis高可用集群

/usr/local/redis/bin/redis-cli -a 123456 -c -h 192.168.1.106 -p 8001

Java操作redis集群

• 1.引入依赖

<dependency>
     <groupId>redis.clients</groupId>
     <artifactId>jedis</artifactId>
     <version>2.9.0</version>
 </dependency>

• 2.代码编写

package test18;

import java.io.IOException;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

import redis.clients.jedis.HostAndPort;
import redis.clients.jedis.JedisCluster;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

/**
 * 访问redis集群
 *
 */
public class RedisCluster 
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        Set<HostAndPort> jedisClusterNode = new HashSet<HostAndPort>();
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.1.106", 8001));
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.1.105", 8002));
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.1.104", 8003));
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.1.106", 8004));
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.1.105", 8005));
        jedisClusterNode.add(new HostAndPort("192.168.1.104", 8006));
        
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
        config.setMaxTotal(100);
        config.setMaxIdle(10);
        config.setTestOnBorrow(true);
        //connectionTimeout：指的是连接一个url的连接等待时间
        //soTimeout：指的是连接上一个url，获取response的返回等待时间
        JedisCluster jedisCluster = new JedisCluster(jedisClusterNode, 6000, 5000, 10, "123456", config);
        System.out.println(jedisCluster.set("student", "zhuge"));
        System.out.println(jedisCluster.set("age", "19"));
        
        System.out.println(jedisCluster.get("student"));
        System.out.println(jedisCluster.get("age"));
        System.out.println(jedisCluster.get("name"));
        
        jedisCluster.close();
    }
}

• 3.运行结果如下
  
  

redis集群原理分析

Redis Cluster 将所有数据划分为 16384 的 slots(槽位)，每个节点负责其中一部分槽位。槽位的信息存储于每个节点中，。
当 Redis Cluster 的客户端来连接集群时，它也会得到一份集群的槽位配置信息并将其缓存在客户端本地。这样当客户端要查找某个 key 时，可以直接定位到目标节点。同时因为槽位的信息可能会存在客户端与服务器不一致的情况，还需要纠正机制来实现槽位信息的校验调整。

槽位定位算法

Cluster 默认会对 key 值使用 crc16 算法进行 hash 得到一个整数值，然后用这个整数值对 16384 进行取模来得到具体槽位。
HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384

跳转重定位

当客户端向一个错误的节点发出了指令，该节点会发现指令的 key 所在的槽位并不归自己管理，这时它会向客户端发送一个特殊的跳转指令携带目标操作的节点地址，告诉客户端去连这个节点去获取数据。客户端收到指令后除了跳转到正确的节点上去操作，还会同步更新纠正本地的槽位映射表缓存，后续所有 key 将使用新的槽位映射表。

网络抖动

真实世界的机房网络往往并不是风平浪静的，它们经常会发生各种各样的小问题。比如网络抖动就是非常常见的一种现象，突然之间部分连接变得不可访问，然后很快又恢复正常。
为解决这种问题，Redis Cluster 提供了一种选项cluster-node-timeout，表示当某个节点持续 timeout 的时间失联时，才可以认定该节点出现故障，需要进行主从切换。如果没有这个选项，网络抖动会导致主从频繁切换 (数据的重新复制)。

Redis集群选举原理

当slave发现自己的master变为FAIL状态时，便尝试进行Failover，以期成为新的master。由于挂掉的master可能会有多个slave，从而存在多个slave竞争成为master节点的过程， 其过程如下：

• 1.slave发现自己的master变为FAIL。
• 2.将自己记录的集群currentEpoch加1，并广播FAILOVER_AUTH_REQUEST 信息。
• 3.其他节点收到该信息，只有master响应，判断请求者的合法性，并发送FAILOVER_AUTH_ACK，对每一个epoch只发送一次ack。
• 4.尝试failover的slave收集FAILOVER_AUTH_ACK。
• 5.超过半数后变成新Master。
• 6.广播Pong通知其他集群节点。
  从节点并不是在主节点一进入 FAIL 状态就马上尝试发起选举，而是有一定延迟，一定的延迟确保我们等待FAIL状态在集群中传播，slave如果立即尝试选举，其它masters或许尚未意识到FAIL状态，可能会拒绝投票

延迟计算公式：

DELAY = 500ms + random(0 ~ 500ms) + SLAVE_RANK * 1000ms
SLAVE_RANK表示此slave已经从master复制数据的总量的rank。Rank越小代表已复制的数据越新。这种方式下，持有最新数据的slave将会首先发起选举（理论上）。