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Redis分布式缓存（四）| 分片集群搭建、散列插槽、集群伸缩、故障转移、与SpringBoot集成分片集群
Redis分布式缓存（四）| 分片集群搭建、散列插槽、集群伸缩、故障转移、与SpringBoot集成分片集群
接上一篇：Redis分布式缓存（三）| 哨兵集群原理、哨兵集群搭建、集群故障恢复、与SpringBoot集成
Redis分片集群
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
1.1.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：
这里我们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 192.168.188.128 7001 master 192.168.188.128 7002 master 192.168.188.128 7003 master 192.168.188.128 8001 slave 192.168.188.128 8002 slave 192.168.188.128 8003 slave
1.2.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- 1
删除旧的，避免配置干扰
rm -rf 7001 7002 7003- 1
创建目录
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003- 1
在
/tmp下准备一个新的redis.conf文件，内容如下：
创建文件touch /tmp/redis.conf- 1
将以下内容复制到文件中保存
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 192.168.188.128 # 保护模式 protected-mode no # 数据库数量 databases 1 # 日志 logfile /tmp/6379/run.log- 1
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将这个文件拷贝到每个目录下：
进入
/tmp目录cd /tmp- 1
执行拷贝
echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf- 1
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- 1
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
1.3.启动服务
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- 1
一键启动所有服务
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf- 1
通过
ps查看状态：ps -ef | grep redis- 1
发现服务都已经正常启动：
1.4.停止服务
如果要关闭所有进程，可以执行命令：
ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill- 1
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
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- 1
gem install redis- 1
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- 1
创建集群
./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.188.128:7001 192.168.188.128:7002 192.168.188.128:7003 192.168.188.128:8001 192.168.188.128:8002 192.168.188.128:8003- 1
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 1 192.168.188.128:7001 192.168.188.128:7002 192.168.188.128:7003 192.168.188.128:8001 192.168.188.128:8002 192.168.188.128:8003- 1
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
1.6.创建集群报错
因为我这里是第二次创建了，所有出现了这个问题
如果出现报错，则将每个节点下对应的文件夹下的aof、rdb、nodes.conf本地备份文件删除
node节点文件：nodes.conf，是redis.conf里面cluster-config-file熟悉
删除后执行1.5步的创建集群命令，还是不行，先看看是否有遗漏的文件没有删除；如果没有，建议从1.2步重新开始。
1.7.测试集群连接
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- 1
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结果发现
set a 1添加不了：
集群操作时，需要给
redis-cli加上-c参数才可以：redis-cli -c -p 7001- 1
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
2.2.插槽切换测试
例如：
key是num，那么就根据num计算，如果是{zhangsan}num，则根据zhangsan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。注意：这里连接
redis客户端的命令多了一个-credis-cli -c -p 7001- 1
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
2.3.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
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：redis-cli --cluster help- 1
比如，添加节点的命令：
3.1.向集群中添加一个节点分析
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
3.2.创建新的redis实例
进入
/tmp目录cd /tmp- 1
创建一个文件夹：
mkdir 7004- 1
拷贝配置文件：
cp redis.conf /tmp/7004- 1
修改配置文件：
sed -i -e 's/6379/7004/g' 7004/redis.conf- 1
启动
redis-server 7004/redis.conf- 1
查看是否启动
ps -ef | grep redis- 1
3.3.添加新节点到redis
添加节点的语法如下：
执行添加节点命令：
redis-cli --cluster add-node 192.168.188.128:7004 192.168.188.128:7001- 1
通过命令查看集群状态：
redis-cli -p 7001 cluster nodes- 1
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
3.4.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：redis-cli -c -p 7001- 1
如上图所示，
num的插槽为2765.我们可以将
0~3000的插槽从7001转移到7004，命令格式如下：redis-cli --cluster help- 1
具体命令如下：
redis-cli --cluster reshard 192.168.188.128:7001- 1
建立连接，得到下面的反馈：
询问要移动多少个插槽，我们计划是
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？可以在当前窗口的上面看到
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iddone：结束
这里我们要从
7001获取，因此填写7001的id：
输入
7001节点id后，输入done完成插槽转移，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：
redis-cli -p 7001 cluster nodes- 1
可以看到，
7004已经有3000个插槽了，而7001的插槽减少了3000个：
转移插槽总结：
先确定转多少个，再输入接收这些插槽的节点ID，再输入转出节点的ID。
3.5.测试插槽转移
连接redis集群
7001节点redis-cli -c -p 7001- 1
可以看到
num的插槽2765已经到7004节点上了
3.6.从集群中删除一个节点
假如我要把
7004节点从集群中删除，该怎么做？查看帮助命令：
redis-cli --cluster help- 1
可以看到直接使用命令把地址和端口，以及节点ID拼起来执行就行了？我们试一下
查看集群状态
redis-cli -p 7001 cluster nodes- 1
删除节点
redis-cli --cluster del-node 192.168.188.128:7004 d4667191436da278c9888941c839c4e0f2b6d672- 1
发现报错了！为啥？
[ERR] Node 192.168.188.128:7004 is not empty! Reshard data away and try again.
各位还记得上一步我们添加节点之后，已经给
7004这个节点分配了3000个插槽，如果直接删除，就会像上面一样报错，意思是7004这个节点不是空的，需要你重新分配插槽，把7004节点上的插槽分配到其他master节点上。
再来操作一下
我们先把
7004节点上的3000个插槽转移回7001节点redis-cli --cluster reshard 192.168.188.128:7004- 1
再次确认：
然后，通过命令查看结果：
redis-cli -p 7001 cluster nodes- 1
可以看到
7004节点的插槽已经回到7001节点了
再次进行节点删除：
redis-cli --cluster del-node 192.168.188.128:7004 d4667191436da278c9888941c839c4e0f2b6d672- 1
可以看到已经可以删除成功了
查看集群状态，可以看到已经没有
7004节点了redis-cli -p 7001 cluster nodes- 1
删除插槽总结：
先确定需要删除节点是否有插槽，没有则可以直接使用删除命令，如果有插槽，先将插槽转移到其他节点，再进行删除。
4.故障转移
4.1.自动故障转移
当集群中有一个
master宕机会发生什么？使用监控命令查看集群状态：
watch redis-cli -p 7001 cluster nodes- 1
集群初始状态是这样的：
其中
7001、7002、7003都是master，我们计划让7002宕机。新开一个
ssh窗口，直接停止一个redis实例，例如7002：redis-cli -p 7002 shutdown- 1
1）首先是该实例与其它实例失去连接，疑似宕机：
2）最后是确定下线，自动提升一个
slave为新的master，这里是8002节点升为master：
3）当
7002再次启动，就会变为一个slave节点了：在新窗口执行
7002节点启动redis-server /tmp/7002/redis.conf- 1
在监控窗口查看集群状态变化
4.2.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：强制，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
4.2.1.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redis-cli -p 7002- 1
2）执行
cluster failover命令cluster failover- 1
如图：
效果：可以看到
7002节点从slave节点提升为master节点了，而8002降级为slave节点redis-cli -p 7001 cluster nodes- 1
5.RedisTemplate访问分片集群
这里跟上一篇的文章衔接，不做过多的代码粘贴了。上一篇：Redis分布式缓存（三）| 哨兵集群原理、哨兵集群搭建、集群故障恢复、与SpringBoot集成
RedisTemplate底层同样基于lettuce实现了分片集群的支持，而使用的步骤与哨兵模式基本一致：
1）引入redis的starter依赖
2）配置分片集群地址
3）配置读写分离与哨兵模式相比，其中只有分片集群的配置方式略有差异，如下：
# 哨兵模式 #spring: # redis: # sentinel: # master: mymaster # 指定master名称 # nodes: # 指定redis-sentinel集群信息 # - 192.168.188.128:27001 # - 192.168.188.128:27002 # - 192.168.188.128:27003 # 分片集群模式 spring: redis: cluster: nodes: # 指定redis分片集群地址 - 192.168.188.128:7001 - 192.168.188.128:7002 - 192.168.188.128:7003 - 192.168.188.128:8001 - 192.168.188.128:8002 - 192.168.188.128:8003- 1
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大家自行测试，查看
idea控制台的日志，可以看到读写分离时会根据key计算插槽的位置，并根据插槽位置找到对应的节点，自动切换到该节点，这里我就不做演示了。
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