Redis之高可用、集群、云平台搭建
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文章大纲
一、基础知识学习
二、Redis常见的几种架构及优缺点总结
三、Redis之Redis Sentinel(哨兵)实战
四、Redis之Redis Cluster(分布式集群)实战
五、Java之Jedis连接Redis(Redis Cluster版本)
六、Redis之云平台介绍
七、项目源码与资料下载
八、参考文章一、基础知识学习
Redis的基础包括以下内容,可参考文章https://www.cnblogs.com/WUXIAOCHANG/p/10832330.html进行学习
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(1)安装并设置开机自动启动
(2)Redis文件结构
(3)Redis启动方式
(4)Redis持久化
(5)Redis配置文件详解
(7)Redis图形化工具
(8)Java之Jedis连接Redis单机二、Redis常见的几种架构及优缺点总结
1. 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。
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可用性,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。2. 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。
优点
高可靠性:一方面,采用双机主备架构,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RedisHA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,并且需要让其它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较突出,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(压缩)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。3. 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。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:
a. quorum
b. down-after-milliseconds 30000
c. failover-timeout 180000
d. maxclient
e. 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。4. 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印映射的键值数据。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。5. 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。
优点
高可靠性、高可用性;
自主可控性高;
贴切业务实际需求,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。三、Redis之Redis Sentinel(哨兵)实战
1. 实战的项目架构
采用一主(MASTER)二从(SLAVE)三哨兵(SENTINEL)的架构
2. 将下载的Redis复制3分,分别命名如下:
3. 修改三个Reids的配置文件
3.1 配置主从
(1)master_6379文件夹中redis.windows.conf文件配置
port 6379
(2)slave_6380文件夹中redis.windows.conf文件配置
port 6380 slaveof 127.0.0.1 6379
(3)slave_6381文件夹中redis.windows.conf文件配置
port 6381 slaveof 127.0.0.1 6379
3.2 哨兵配置
每一个redis目录中都创建一个文sentinel.conf文件
master_6379的sentinel.conf文件配置如下#当前Sentinel服务运行的端口 port 26379 #master #Sentinel去监视一个名为mymaster的主redis实例,这个主实例的IP地址为本机地址127.0.0.1,端口号为6379, #而将这个主实例判断为失效至少需要2个 Sentinel进程的同意,只要同意Sentinel的数量不达标,自动failover就不会执行 sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 1 #指定了Sentinel认为Redis实例已经失效所需的毫秒数。当 实例超过该时间没有返回PING,或者直接返回错误,那么Sentinel将这个实例标记为主观下线。 #只有一个 Sentinel进程将实例标记为主观下线并不一定会引起实例的自动故障迁移:只有在足够数量的Sentinel都将一个实例标记为主观下线之后,实例才会被标记为客观下线,这时自动故障迁移才会执行 sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000 #指定了在执行故障转移时,最多可以有多少个从Redis实例在同步新的主实例,在从Redis实例较多的情况下这个数字越小,同步的时间越长,完成故障转移所需的时间就越长 sentinel config-epoch mymaster 12 #如果在该时间(ms)内未能完成failover操作,则认为该failover失败 sentinel leader-epoch mymaster 13
slave_6380中的sentinel.conf文件配置
#当前Sentine2服务运行的端口 port 26479 #slave1 sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 1 sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000 sentinel config-epoch mymaster 12 sentinel leader-epoch mymaster 13
slave_6381中的sentinel.conf文件配置
#当前Sentine3服务运行的端口 port 26579 #slave2 sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 1 sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000 sentinel config-epoch mymaster 12 sentinel leader-epoch mymaster 13
4. 启动服务
编写启动redis脚本
编写一个 bat 来启动 redis,在每个节点目录下建立 startup.bat,内容如下:title master_6379 redis-server.exe redis.windows.conf
温馨提示:
(1)title后名称需与Reids文件夹名称一致
(2)可以直接运行startup.bat来启动redis,也可以在redis安装目录下用命令redis-server.exe redis.windows.conf直接启动编写sentinel启动脚本
编写一个 bat 来启动 sentinel,在每个节点目录下建立 startup_sentinel.bat,内容如下:title master_6379 redis-server.exe sentinel.conf --sentinel
温馨提示:
(1) title命名规则 redis文件夹名, 注意“--sentinel”不是注释,必须存在
(2) 另外启动sentinel还可以在redis安装目录下用命令redis-sentinel sentinel.conf 来启动5. Redis服务启动成功
master 6379
slave 6380
slave 6381
6. sentinel服务启动成功
sentinel 26379
sentinel 26479
sentinel 26579
7. 服务查看
7.1 查看redis服务状态,命令: info replication
master 6379slave 6380
slave 6381
7.2 查看sentinel的状态,命令: info sentinel
8. redis主从自动failover测试
停止master服务器,查看剩余服务器的状态
slave 6380slave 6381
从上图中可以看出来,master的服务器端口从6379变成了6380,也就是说redis自动的实现了主从切换,
我们可以在查看下sentinel的状态,如下:我们发现sentinel监控到127.0.0.1:6379已经无法ping通了,切换master服务器为127.0.0.1:6380
温馨提示:在实际操作中,不一定master为6380,可能是6381,具体看当时执行策略。
四、Redis之Redis Cluster(分布式集群)实战
1. 实战的项目架构
(1)3个主节点,建议配置3个从节点,其余3个作为各个主节点的从节点(也是官网推荐的模式),所以需要6台虚拟机。主节点崩溃,从节点的Redis就会提升为主节点,代替原来的主节点工作,崩溃的主Redis恢复工作后,会再成为从节点
(2)集群
(3)主从复制
(4)哨兵模式
(5)分片2. 所需软件
(1)Redis
(2)Ruby语言运行环境
(3)Redis的Ruby驱动redis-xxxx.gem
(4)创建Redis集群的工具redis-trib.rb3. 下载Redis并创建相应集群目录
把 redis 解压后,再复制出 5 份,配置 三主三从集群。 由于 redis 默认端口号为 6379,那么其它5份的端口可以为6380,6381,6382,6383,6384。 并且把目录使用端口号命名
4. 修改配置文件
打开每个Redis目录下的文件 redis.windows.conf,修改里面的端口号分别对应相对应的文件夹名:6379、6380、6381、6382、6383、6384,再修改集群支持配置,将以下配置前面的#去掉。
cluster-enabled yes cluster-config-file nodes-6379.conf cluster-node-timeout 15000 appendonly yes
cluster-config-file nodes-6379.conf 是为该节点的配置信息,这里使用 nodes-端口.conf命名方法。服务启动后会在目录生成该文件(为cluster-config-file nodes-文件夹名字.conf)
编写启动脚本,或者进入每个端口命名的文件夹下启动服务,具体可以参考第三的内容
编写一个 bat 来启动 redis,在每个节点目录下建立 startup.bat,内容如下:title redis-6379 redis-server.exe redis.windows.conf
温馨提示:title后面为文件夹名称
5. 安装Ruby
redis的集群使用 ruby脚本编写,所以系统需要有 Ruby 环境 ,下载地址
https://rubyinstaller.org/downloads/安装时3个选项都勾选。
6. 安装Redis的Ruby驱动redis-xxxx.gem
下载地址 :https://rubygems.org/pages/download
下载后解压,当前目录切换到解压目录中,如 D:\Program Files\Redis_cluster\rubygems-2.7.7 然后命令行执行 ruby setup.rb
再用 GEM 安装 Redis :切换到redis安装目录,需要在命令行中,执行 gem install redis7. 安装集群脚本redis-trib
下载地址 https://raw.githubusercontent.com/antirez/redis/unstable/src/redis-trib.rb
打开该链接把里面的脚本保存为redis-trib.rb,建议保存到一个Redis的目录下(不用每个都放),例如放到6379目录下。温馨提示:现在打开这个链接中的代码已不支持redis 5.0以下的版本了,因为redis5.0以上不再需要redis-trib.rb了,而是使用自带的redis-cli作为创建集群的命令了,老版本的redis-trib.rb可在文章的项目源码与参考资料中进行下载
8. 启动每个节点并且执行集群构建脚本
把每个节点下的 start.bat双击启动, 在切换到存放了redis-trib.rb的redis目录在命令行中执行以下内容:
redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:6379 127.0.0.1:6380 127.0.0.1:6381 127.0.0.1:6382 127.0.0.1:6383 127.0.0.1:6384
温馨提示:
(1)--replicas 1 表示每个主数据库拥有从数据库个数为1。master节点不能少于3个,所以我们用了6个redis
(2)三个主从之间的对应关系由策略进行决定,不一定是6379是主,6380是它的从,但是分配完之后,会有三主三从
(3)如果出现 redis-trib.rb is not longer available! 如果redis版本是5.0以上,则使用如下命令:redis-cli --cluster create 127.0.0.1:6379 127.0.0.1:6380 127.0.0.1:6381 127.0.0.1:6382 127.0.0.1:6383 127.0.0.1:6384 --cluster-replicas 1
(4) 集群命令创建一次后,以后都不需要再次执行,就算服务器重启都不需要,集群伸缩应该需要
在出现 Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): 请确定并输入 yes 。成功后的结果如下:
9. 连接集群进行测试
使用Redis客户端Redis-cli.exe来查看数据记录数,以及集群相关信息
命令:redis-cli –c –h ”地址” –p "端口号" ; c 表示集群查看集群的信息,命令:cluster info
查看主从关系,命令: info replication
从库显示信息:
查看各个节点分配slot,命令 cluster nodes
可以看到有3个master,3个slave
以及可以看到master各自的slot分布情况10. Redis集群数据分配策略
采用一种叫做哈希槽 (hash slot)的方式来分配数据,redis cluster 默认分配了 16384 个slot,当我们set一个key 时,会用CRC16算法来取模得到所属的slot,然后将这个key分到哈希槽区间的节点上,具体算法就是:CRC16(key) % 16384
注意的是:必须要3个以上的主节点,否则在创建集群时会失败,三个节点分别承担的slot 区间是:
节点A覆盖0-5460;
节点B覆盖5461-10922;
节点C覆盖10923-16383.五、Java之Jedis连接Redis(Redis Cluster版本)
1. 使用idea新建maven项目
创建后的项目结构如下:
2. pom.xml文件添加jar包依赖
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"> <modelVersion>4.0.0</modelVersion> <groupId>com.wxc</groupId> <artifactId>com-redis2</artifactId> <version>1.0-SNAPSHOT</version> <dependencies> <!--添加测试依赖--> <dependency> <groupId>junit</groupId> <artifactId>junit</artifactId> <version>4.12</version> </dependency> <!--添加redis依赖--> <dependency> <groupId>redis.clients</groupId> <artifactId>jedis</artifactId> <version>2.7.2</version> </dependency> <dependency> <groupId>org.apache.commons</groupId> <artifactId>commons-lang3</artifactId> <version>3.3.2</version> </dependency> </dependencies> </project>
3. 新建JedisclusterTest.java进行集群连接测试
package com.wxc.redis; import org.junit.Test; import redis.clients.jedis.HostAndPort; import redis.clients.jedis.JedisCluster; import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig; import java.io.IOException; import java.util.HashSet; import java.util.Set; public class JedisclusterTest { //连接redis集群 @Test public void testJedisCluster() throws Exception { //创建一个JedisCluster对象 Set<HostAndPort> nodes = new HashSet<HostAndPort>(); nodes.add(new HostAndPort("127.0.0.1", 6379)); nodes.add(new HostAndPort("127.0.0.1", 6380)); nodes.add(new HostAndPort("127.0.0.1", 6381)); nodes.add(new HostAndPort("127.0.0.1", 6382)); nodes.add(new HostAndPort("127.0.0.1", 6383)); nodes.add(new HostAndPort("127.0.0.1", 6384)); System.out.println("开始连接redis集群"); //在nodes中指定每个节点的地址 //jedisCluster在系统中是单例的。 JedisCluster jedisCluster = new JedisCluster(nodes); System.out.println("初始化数据"); jedisCluster.set("name2", "zhangsan"); jedisCluster.set("value2", "100"); String name = jedisCluster.get("name"); String value = jedisCluster.get("value"); System.out.println(name); System.out.println(value); //系统关闭时关闭jedisCluster jedisCluster.close(); } }
4. 运行项目
5. 测试集群故障转移与主从备份
5.1 查看主从关系
从图中我们可以看出,6379,6381,6383是主节点,其他是从节点
5.2 测试故障自动转移
现在我们将6381的服务断开,之后再查看一次服务我们可以看到这两个服务已经挂了,之后我们再次运行java项目,这次我们把key改为name3、value3
再次运行java项目
可以看到集群数据操作成功
5.3 查看集群自动主从备份
现在我们用Redis客户端工具打开连接,进行数据查看,我们可以看到name3和value3都插入成功了刚刚我们的6381服务是关闭的,我们现在重新打开,再看看6381数据是否会自动同步
打开之后,我们发现其数据已经自动同步
七、项目源码与资料下载
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