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Redis集群都有哪些模式

发布时间：2022-07-24 07:51:01 作者：cigare 阅读量：9160

Redis集群有几种？redis的多机数据库实现主要有以下5种：

1、主从复制

2、哨兵模式

3、Redis官方提供的Cluster集群模式(服务端)

4、Jedis sharding集群(客户端sharding)

5、 利用中间件代理，比如codis等

其中前三个为服务器端方案 后两个为客户端分区方案，类似于分表分库方案

一、主从复制(Master-Slave Replication):

实现主从复制(Master-Slave Replication)的工作原理：Slave从节点服务启动并连接到Master之后，它将主动发送一个SYNC命令。Master服务主节点收到同步命令后将启动后台存盘进程，同时收集所有接收到的用于修改数据集的命令，在后台进程执行完毕后，Master将传送整个数据库文件到Slave，以完成一次完全同步。而Slave从节点服务在接收到数据库文件数据之后将其存盘并加载到内存中。此后，Master主节点继续将所有已经收集到的修改命令，和新的修改命令依次传送给Slaves，Slave将在本次执行这些数据修改命令，从而达到最终的数据同步。

如果Master和Slave之间的链接出现断连现象，Slave可以自动重连Master，但是在连接成功之后，一次完全同步将被自动执行。

主从模式的优缺点

优点：

• 同一个Master可以同步多个Slaves。
• Slave同样可以接受其它Slaves的连接和同步请求，这样可以有效的分载Master的同步压力。因此我们可以将Redis的Replication架构视为图结构。
• Master Server是以非阻塞的方式为Slaves提供服务。所以在Master-Slave同步期间，客户端仍然可以提交查询或修改请求。
• Slave Server同样是以非阻塞的方式完成数据同步。在同步期间，如果有客户端提交查询请求，Redis则返回同步之前的数据
• 为了分载Master的读操作压力，Slave服务器可以为客户端提供只读操作的服务，写服务仍然必须由Master来完成。即便如此，系统的伸缩性还是得到了很大的提高。
• Master可以将数据保存操作交给Slaves完成，从而避免了在Master中要有独立的进程来完成此操作。
• 支持主从复制，主机会自动将数据同步到从机，可以进行读写分离。

缺点：

• Redis不具备自动容错和恢复功能，主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败，需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复。
• 主机宕机，宕机前有部分数据未能及时同步到从机，切换IP后还会引入数据不一致的问题，降低了系统的可用性。
• Redis的主从复制采用全量复制，复制过程中主机会fork出一个子进程对内存做一份快照，并将子进程的内存快照保存为文件发送给从机，这一过程需要确保主机有足够多的空余内存。若快照文件较大，对集群的服务能力会产生较大的影响，而且复制过程是在从机新加入集群或者从机和主机网络断开重连时都会进行，也就是网络波动都会造成主机和从机间的一次全量的数据复制，这对实际的系统运营造成了不小的麻烦。
• Redis较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。为避免这一问题，运维人员在系统上线时必须确保有足够的空间，这对资源造成了很大的浪费。

其实redis的主从模式很简单，在实际的生产环境中是很少使用的，我也不建议在实际的生产环境中使用主从模式来提供系统的高可用性，之所以不建议使用都是由它的缺点造成的，在数据量非常大的情况，或者对系统的高可用性要求很高的情况下，主从模式也是不稳定的。

二、哨兵模式:

该模式是从Redis的2.6版本开始提供的，但是当时这个版本的模式是不稳定的，直到Redis的2.8版本以后，这个哨兵模式才稳定下来，无论是主从模式，还是哨兵模式，这两个模式都有一个问题，不能水平扩容，并且这两个模式的高可用特性都会受到Master主节点内存的限制。

Sentinel(哨兵)进程是用于监控redis集群中Master主服务器工作的状态，在Master主服务器发生故障的时候，可以实现Master和Slave服务器的切换，保证系统的高可用。

Sentinel(哨兵)进程的作用

1. 监控(Monitoring): 哨兵(sentinel) 会不断地检查你的Master和Slave是否运作正常。
2. 提醒(Notification)：当被监控的某个Redis节点出现问题时, 哨兵(sentinel) 可以通过 API 向管理员或者其他应用程序发送通知。
3. 自动故障迁移(Automatic failover)：当一个Master不能正常工作时，哨兵(sentinel) 会开始一次自动故障迁移操作，它会将失效Master的其中一个Slave升级为新的Master, 并让失效Master的其他Slave改为复制新的Master;当客户端试图连接失效的Master时，集群也会向客户端返回新Master的地址，使得集群可以使用现在的Master替换失效Master。Master和Slave服务器切换后，Master的redis.conf、Slave的redis.conf和sentinel.conf的配置文件的内容都会发生相应的改变，即，Master主服务器的redis.conf配置文件中会多一行slaveof的配置，sentinel.conf的监控目标会随之调换。

Sentinel(哨兵)进程的工作方式

1. 每个Sentinel(哨兵)进程以每秒钟一次的频率向整个集群中的Master主服务器，Slave从服务器以及其他Sentinel(哨兵)进程发送一个 PING 命令。
2. 如果一个实例(instance)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(哨兵)进程标记为主观下线(SDOWN)
3. 如果一个Master主服务器被标记为主观下线(SDOWN)，则正在监视这个Master主服务器的所有 Sentinel(哨兵)进程要以每秒一次的频率确认Master主服务器的确进入了主观下线状态
4. 当有足够数量的 Sentinel(哨兵)进程(大于等于配置文件指定的值)在指定的时间范围内确认Master主服务器进入了主观下线状态(SDOWN)， 则Master主服务器会被标记为客观下线(ODOWN)
5. 在一般情况下， 每个 Sentinel(哨兵)进程会以每 10 秒一次的频率向集群中的所有Master主服务器、Slave从服务器发送 INFO 命令。
6. 当Master主服务器被 Sentinel(哨兵)进程标记为客观下线(ODOWN)时，Sentinel(哨兵)进程向下线的 Master主服务器的所有 Slave从服务器发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次。
7. 若没有足够数量的 Sentinel(哨兵)进程同意 Master主服务器下线， Master主服务器的客观下线状态就会被移除。若 Master主服务器重新向 Sentinel(哨兵)进程发送 PING 命令返回有效回复，Master主服务器的主观下线状态就会被移除。

哨兵模式的优缺点

优点:

• 哨兵集群模式是基于主从模式的，所有主从的优点，哨兵模式同样具有。
• 主从可以切换，故障可以转移，系统可用性更好。
• 哨兵模式是主从模式的升级，系统更健壮，可用性更高。

缺点:

• Redis较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。为避免这一问题，运维人员在系统上线时必须确保有足够的空间，这对资源造成了很大的浪费。
• 配置复杂

三、Redis官方 Cluster集群模式

Redis Cluster是一种服务器Sharding技术，3.0版本开始正式提供。

集群通过分片来进行数据共享，并提供复制和故障转移功能。一个Redis集群通常由多个节点组成;最初，每个节点都是独立的，需要将独立的节点连接起来才能形成可工作的集群。

Redis中的集群分为主节点和从节点。其中主节点用于处理槽;而从节点用于复制某个主节点，并在被复制的主节点下线时，代替下线的主节点继续处理命令请求。

集群模式将在下一篇文章详细讲解。

四、Jedis sharding集群

这是一个客户端分区方案

Redis Sharding可以说是在Redis cluster出来之前业界普遍的采用方式，客户端就已经决定数据会被 存储到哪个redis 节点或者从哪个 redis 节点 读取数据。其主要思想是采用 哈希算法 将 Redis 数据的 key 进行散列，通过 hash 函数，特定的 key会 映射 到特定的 Redis 节点上。

庆幸的是，Java Redis客户端驱动Jedis已支持Redis Sharding功能，即ShardedJedis以及结合缓存池的ShardedJedisPool

Jedis的Redis Sharding实现具有如下特点：

1. 采用一致性哈希算法，将key和节点name同时hashing，然后进行映射匹配，采用的算法是MURMUR_HASH。采用一致性哈希而不是采用简单类似哈希求模映射的主要原因是当增加或减少节点时，不会产生由于重新匹配造成的rehashing。一致性哈希只影响相邻节点key分配，影响量小。
2. 为了避免一致性哈希只影响相邻节点造成节点分配压力，ShardedJedis会对每个Redis节点根据名字(没有，Jedis会赋予缺省名字)会虚拟化出160个虚拟节点进行散列。根据权重weight，也可虚拟化出160倍数的虚拟节点。用虚拟节点做映射匹配，可以在增加或减少Redis节点时，key在各Redis节点移动再分配更均匀，而不是只有相邻节点受影响。
3. ShardedJedis支持keyTagPattern模式，即抽取key的一部分keyTag做sharding，这样通过合理命名key，可以将一组相关联的key放入同一个Redis节点，这在避免跨节点访问相关数据时很重要。

当然，Redis Sharding这种轻量灵活方式必然在集群其它能力方面做出妥协。比如扩容，当想要增加Redis节点时，尽管采用一致性哈希，毕竟还是会有key匹配不到而丢失，这时需要键值迁移。

作为轻量级客户端sharding，处理Redis键值迁移是不现实的，这就要求应用层面允许Redis中数据丢失或从后端数据库重新加载数据。但有些时候，击穿缓存层，直接访问数据库层，会对系统访问造成很大压力。

五、利用中间件代理

客户端发送请求到一个 代理组件，代理解析客户端的数据，并将请求转发至正确的节点，最后将结果回复给客户端。

优点：简化 客户端 的分布式逻辑，客户端 透明接入，切换成本低，代理的 转发 和 存储 分离。

缺点：多了一层 代理层，加重了 架构部署复杂度 和 性能损耗。

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网友评论

评论时间：2022-12-02 12:25:02

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评论时间：2022-09-26 00:25:02

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