Redis三種集群模式詳解

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三種集群模式

  • redis有三種集群模式，其中主從是最常見的模式。
  • Sentinel 哨兵模式是為瞭彌補主從復制集群中主機宕機後，主備切換的復雜性而演變出來的。哨兵顧名思義，就是用來監控的，主要作用就是監控主從集群，自動切換主備，完成集群故障轉移。
  • cluster 模式是redis官方提供的集群模式，使用瞭Sharding 技術，不僅實現瞭高可用、讀寫分離、也實現瞭真正的分佈式存儲。

一、主從復制

redis主從復制

1、reids主從模式

2、redis復制原理

redis 的復制分為兩部分操作 同步（SYNC）和 命令傳播（command propagate）

  • 同步（SYNC）用來將從服務器的狀態 更新到 和主服務器 一致。白話文解釋就是從服務器主動獲取 主服務器的數據。保持數據一致。具體實現是，主服務器收到SYNC命令後，生成RDB快照文件，然後發送給從服務器。
  • 命令傳播 （command propagate）用於在主服務器數據被修改後，主從不一致，為瞭讓從服務器保持和主服務器狀態一致，而做的命令傳播。白話文解釋就是主服務器收到客戶端修改數據命令後，數據庫數據發生變化，同時將命令緩存起來，然後將緩存命令發送到從服務器，從服務器通過載入緩存命令來達到主從數據一致。這就是所謂的命令傳播。
  • 為什麼需要有同步和命令傳播的兩種復制操作： 當隻有同步操作時候，那麼在從服務器向主服務器發送SYNC命令時候，主服務器在生成RDB快照文件時候，仍然會收到客戶端的命令修改數據狀態，這部分數據如果不能傳達給從服務器，那麼就會出現主從數據不一致的現象。這時候就出現瞭命令傳播，主服務器收到從服務器的SYNC命令後，生成RDB快照文件同時，將此段時間內收到的命令緩存起來，然後使用命令傳播的操作發送從服務器。來達到主從數據一致。

3、redis主從復制原理

上面介紹瞭redis復制的兩種操作，而redis得主從復制正式基於 同步 和 命令傳播 來實現得。下面兩張圖展示瞭redis復制的流程：

4、redis主從復制優缺點

優點：

1、實現讀寫分離，提高瞭可用性，解決瞭單機故障2、主從復制期間master和slave都是非阻塞方式，仍然可用。

缺點：

1、master宕機期間，需要手動切換主機，同時會有部分數據不能及時同步從服務器，造成數據不一致（需要人工手動介入）

2、slave宕機後，多個slave恢復後，大量的SYNC同步會造成master IO壓力倍增（可以手動規避啟動時間）

3、在線擴容較復雜。

總結：
redis主從復制的優點主要是提高瞭可用性缺點

二、Sentinel 哨兵模式

Sentinel 哨兵Sentinel 哨兵介紹
Sentinel 哨兵本質上是一個運行在特殊模式下的Redis實例，隻是初始化的過程和工作與普通的Redis不同，本質上也是一個單獨的進程。
Sentinel 哨兵 是Redis的高可用解決方案：一個或多個Sentinel實例（instance）組成的Sentinel系統（system）可以監視任意多個主服務器，以及這些主服務器屬下的所有從服務器，並在主服務器下線時可以自動切換從服務器升級為主服務器。

1、Sentinel系統

下圖是一個簡單的Sentinel系統架構圖，一個Sentinel系統監視一個主從集群，其中server1是Redis主服務器，server2/3/4是Redis 從服務器。主從之間利用上面的主從復制來達到主從一致。而Sentinel系統監視整個主從集群。

2、Sentinel故障轉移

當Sentinel系統察覺到Server1主服務器下線時，就會終止server2/3/4的復制。

同時Sentinel將server2升級為主服務器，server3/4從新的主服務器進行復制。同時等待server1的再次上線。

Sentinel系統也可以主動降級主服務為從服務器，將從服務器升級為主服務器。

2.1、Sentinel 哨兵監控過程

Sentinel 哨兵監控集群過程：

  • 命令 Sentinel哨兵通過發送命令，讓redis服務器返回運行狀態。發佈訂閱 當主服務器狀態發生變化時，Sentinel哨兵通過
  • 發佈訂閱模式通知其他從服務器。

2.2、Sentinel 哨兵故障轉移

Sentinel 故障轉移：

  • 1、Sentinel系統中的Sentinel實例每隔1s就像集群發送PING命令
  • 2、如果集群中有實例的回復Sentinel實例時間超過瞭 down-after-milliseconds，那麼這個實例就會發送PING命令的Sentinel實例被主觀下線
  • 3、那麼什麼時候會客觀下線呢？需要Sentinel系統中其他實例也確認集群中該實例主管下線。
  • 如果master主服務器被標記為主觀下線，則Sentinel系統中監視master的Sentinel進程需要以每秒一次的頻率確認Master是否進入主管下線狀態
  • 4、當有足夠的Sentinel實例（取決於配置）確認Master進入瞭主管下線，則Master會被標記為客觀下線。

3、Sentinel 哨兵優缺點

優點：

1、哨兵模式基於主從復制，因此主從復制的優點哨兵都具備2、哨兵具備瞭主從切換和故障轉移，因此集群有瞭更高的可用性

缺點：

1、Redis較難支持在線擴容，在線擴容比較復雜。

總結：
sentinel 哨兵主要用來監控redis主從集群，提高瞭redis 主從集群的可用性。

三、cluster 模式

redis cluster

1、reids cluster

Redis Cluster是一種服務器 Sharding 技術，redis 3.0版本開始正式提供。
Sentinel基本已經實現瞭高可用，但是每臺機器都存儲相同內容，很浪費內存，所以Redis Cluster實現瞭分佈式存儲。每臺機器節點上存儲不同的內容。

2、Redis Cluster 數據分片原理

redis 數據分片使用的是hash slot， redis集群有16384個哈希槽，每個Key通過CRC16校驗後對16384取模來決定放置哪一個槽。
當存取redis key時候，redis會根據CRC16算法得到一個結果，然後把結果和16384求餘，通過這個值去對應得節點獲取數據。
這個時候，應用客戶端實際上隻需要連接其中任意一個節點即可，然後Redis Cluster 中每個節點都保存瞭其他節點得槽信息。這樣當存取key計算完槽之後，通過保存槽信息從配置中獲取節點信息，然後再去對應得節點獲取數據。

3、Redis Cluster 復制原理

redis-cluster集群引入瞭主從復制模型，一個主節點對應一個或者多個從節點，當主節點宕機的時候，就會啟用從節點。當其它主節點 ping 一個主節點 A 時，如果半數以上的主節點與 A 通信超時，那麼認為主節點 A 宕機瞭。如果主節點 A 和它的從節點 A1 都宕機瞭，那麼該集群就無法再提供服務瞭

4、redis Cluster 優缺點

優點：

1、實現瞭分佈式存儲，節省瞭內存

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