分布式系列教程（06） -分布式Redis缓存 (集群)

Green

　　代码已上传至Github，有兴趣的同学可以下载来看看：https://github.com/ylw-github/SpringBoot-Redis-Demo
　　本文目录结构：
l____引言
l____1. Redis-cluster
l________1.1 Redis-cluster 原理
l____2. Redis集群搭建
l________2.1 环境描述
l________2.2 各个Redis环境创建
l________2.3 安装Redis集群需要的环境
l________2.4 集群环境测试
l____3. SpringBoot整合Redis集群型
l____4.Redis集群的几个注意事项
l____总结

引言
　　Redis在3.0版本之前是不支持集群的，我们的redis如果想要集群的话，就需要一个中间件，然后这个中间件负责将我们需要存入redis中的数据的key通过一套算法计算得出一个值。然后根据这个值找到对应的redis节点，将这些数据存在这个redis的节点中。在取值的时候，同样先将key进行计算，得到对应的值，然后就去找对应的redis节点，从对应的节点中取出对应的值。
　　这样做有很多不好的地方，比如说我们的这些计算都需要在系统中去进行，所以会增加系统的负担。还有就是这种集群模式下，某个节点挂掉，其他的节点无法知道。而且也不容易对每个节点进行负载均衡。
　　常见的集群方案:

• 官方方案(redis-cluster搭建实战)
  
• （不推荐）客户端分片技术，扩容/缩容时，必须手动调整分片程序，出现故障不能自动转移
  
• （不推荐）可以使用主从复制方式
  
• 使用一些代理工具
  

　　下面将讲解Redis-Cluster搭建Redis集群。

1. Redis-cluster
1.1 Redis-cluster 原理
　　Redis 是一个开源的 key-value 存储系统，由于出众的性能，大部分互联网企业都用来做服务器端缓存。Redis 在3.0版本前只支持单实例模式，虽然支持主从模式、哨兵模式部署来解决单点故障，但是现在互联网企业动辄大几百G的数据，可完全是没法满足业务的需求，所以，Redis 在 3.0 版本以后就推出了集群模式。
　　Redis 集群采用了P2P的模式，完全去中心化。Redis 把所有的 Key 分成了 16384 个 slot（插槽），每个 Redis 实例负责其中一部分 slot 。集群中的所有信息（节点、端口、slot等），都通过节点之间定期的数据交换而更新。Redis 客户端可以在任意一个 Redis 实例发出请求，如果所需数据不在该实例中，通过重定向命令引导客户端访问所需的实例。

　　在这个图中，每一个蓝色的圈都代表着一个redis的服务器节点。它们任何两个节点之间都是相互连通的。客户端可以与任何一个节点相连接，然后就可以访问集群中的任何一个节点。对其进行存取和其他操作。
　　那么redis是怎么做到的呢？
　　首先，在redis的每一个节点上，都有这么两个东西，一个是插槽（slot）可以理解为是一个可以存储两个数值的一个变量，这个变量的取值范围是：0-16383，还有一个就是cluster我个人把这个cluster理解为是一个集群管理的插件。当我们的存取的key到达的时候，redis会根据crc16的算法得出一个结果，然后把结果对 16384 求余数，这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383 之间的哈希槽，通过这个值，去找到对应的插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作。
　　还有就是因为如果集群的话，是有好多个redis一起工作的，那么，就需要这个集群不是那么容易挂掉，所以呢，理论上就应该给集群中的每个节点至少一个备用的redis服务。这个备用的redis称为从节点（slave）。
　　那么这个集群是如何判断是否有某个节点挂掉了呢？
　　首先要说的是，每一个节点都存有这个集群所有主节点以及从节点的信息。它们之间通过互相的ping-pong判断是否节点可以连接上。如果有一半以上的节点去ping一个节点的时候没有回应，集群就认为这个节点宕机了，然后去连接它的备用节点。如果某个节点和所有从节点全部挂掉，我们集群就进入fail状态。还有就是如果有一半以上的主节点宕机，那么我们集群同样进入发力状态。这就是我们的redis的投票机制，具体原理如下图所示：

这套架构的特点：

• 分片算法：基于 slot hash桶；
  
• 分片实例之间相互独立，每组 一个master 实例和多个slave；
  
• 路由信息存放到第三方存储组件，如 zookeeper 或etcd
  
• 旁路组件探活
  

2. Redis集群搭建
2.1 环境描述
　　安装部署任何一个应用其实都很简单，只要安装步骤一步一步来就行了，下面说一下 Redis 集群搭建规划。由于集群至少需要6个节点（3主3从模式），因为没有这么多机器，我本地也起不了那么多虚拟机，现在计划是在一台机器上模拟一个集群，当然，这和生产环境的集群搭建是没本质区别。
服务器端口9001主Redis服务器192.168.162.131：90019002主Redis服务器192.168.162.131：90029003主Redis服务器192.168.162.131：90039004从Redis服务器192.168.162.131：90049005从Redis服务器192.168.162.131：90059006从Redis服务器192.168.162.131：9006

2.2 各个Redis环境创建
　　1.创建文件夹：我们计划集群中 Redis 节点的端口号为 9001-9006 ，端口号即集群下各实例文件夹。数据存放在 端口号/data 文件夹中。

mkdir /usr/local/redis-cluster
cd redis-cluster/
mkdir -p 9001/data 9002/data 9003/data 9004/data 9005/data 9006/data

2.安装Redis（先不要配置）：参考之前写的文章《Linux下安装Redis》，安装到第4步即可。

　　3.复制脚本：在/usr/local/redis-cluster下创建 bin 文件夹，用来存放集群运行脚本，并把安装好的 Redis 的 src 路径下的运行脚本拷贝过来：

cd /usr/local/redis-cluster
mkdir bin
cd /usr/local/redis-3.2.9/src
cp mkreleasehdr.sh redis-benchmark redis-check-aof  redis-cli redis-server redis-trib.rb /usr/local/redis-cluster/bin

4.复制一个新 Redis 实例：我们现在从已安装好的 Redis 中复制一个新的实例到 9001 文件夹，并修改 redis.conf 配置。

　　---- 复制redis实例:

cp -r /usr/local/redis  /usr/local/redis-cluster/9001

---- 修改redis.conf，搜索去修改:

port 9001（每个节点的端口号）
daemonize yes
bind 192.168.162.131（绑定当前机器 IP）
dir /usr/local/redis-cluster/9001/data/（数据文件存放位置）
pidfile /var/run/redis_9001.pid（pid 9001和port要对应）
cluster-enabled yes（启动集群模式）
cluster-config-file nodes9001.conf（9001和port要对应）
cluster-node-timeout 15000
appendonly yes

　　5.复制五个新 Redis 实例:我们已经完成了一个节点了，其实接下来就是机械化的再完成另外五个节点，其实可以这么做：把 9001 实例 复制到另外五个文件夹中，唯一要修改的就是 redis.conf 中的所有和端口的相关的信息即可，其实就那么四个位置，开始操作：
　　---- 复制五个redis实例:

\cp -rf /usr/local/redis-cluster/9001/*   /usr/local/redis-cluster/9002
\cp -rf /usr/local/redis-cluster/9001/*   /usr/local/redis-cluster/9003
\cp -rf /usr/local/redis-cluster/9001/*   /usr/local/redis-cluster/9004
\cp -rf /usr/local/redis-cluster/9001/*   /usr/local/redis-cluster/9005
\cp -rf /usr/local/redis-cluster/9001/*   /usr/local/redis-cluster/9006

　　\cp -rf 命令是不使用别名来复制，因为 cp 其实是别名 cp -i，操作时会有交互式确认，比较烦人。

　　---- 修改redis.conf，搜索9001去修改，修改4个部分:

port 900？（每个节点的端口号）
dir /usr/local/redis-cluster/900？/data/（数据文件存放位置）
pidfile /var/run/redis_9001.pid（pid 900？和port要对应）
cluster-config-file nodes9001.conf（900？和port要对应）

vi /usr/local/redis-cluster/9002/redis/etc/redis.conf
vi /usr/local/redis-cluster/9003/redis/etc/redis.conf
vi /usr/local/redis-cluster/9004/redis/etc/redis.conf
vi /usr/local/redis-cluster/9005/redis/etc/redis.conf
vi /usr/local/redis-cluster/9006/redis/etc/redis.conf

　　6.启动9001~9006六个节点:

/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9001/redis/etc/redis.conf
/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9002/redis/etc/redis.conf
/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9003/redis/etc/redis.conf
/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9004/redis/etc/redis.conf
/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9005/redis/etc/redis.conf
/usr/local/redis/bin/redis-server  /usr/local/redis-cluster/9006/redis/etc/redis.conf

7.使用9001测试:

/usr/local/redis-cluster/9001/redis/bin/redis-cli -h 192.168.162.131 -p 9001
set name "ylw"

发现报错 ：(error) CLUSTERDOWN Hash slot not served

　　原因 ：这是因为虽然我们配置并启动了 Redis 集群服务，但是他们暂时还并不在一个集群中，互相直接发现不了，而且还没有可存储的位置，就是所谓的slot（槽）。
2.3 安装Redis集群需要的环境
　　由于 Redis 集群需要使用 ruby 命令，所以我们需要安装 ruby 和相关接口。

yum install ruby
yum install rubygems
gem install redis   #使用本地上传方式

当执行：gem install redis时，会发现一只卡着，不能下载，所以只能本地安装（已上传到百度网盘，链接:https://pan.baidu.com/s/1cPKa2X55SPVh5XR3iVAD9g 密码:z21e）

使用ssh工具上传到/usr/local目录

安装：

gem install -l /usr/local/redis-3.2.1.gem

2.4 集群环境测试
　　1.启动集群，输入yes:

/usr/local/redis-cluster/bin/redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.162.131:9001 192.168.162.131:9002 192.168.162.131:9003 192.168.162.131:9004 192.168.162.131:9005 192.168.162.131:9006

简单解释一下这个命令：调用 ruby 命令来进行创建集群，–replicas 1 表示主从复制比例为 1:1，即一个主节点对应一个从节点；然后，默认给我们分配好了每个主节点和对应从节点服务，以及 solt 的大小，因为在 Redis 集群中有且仅有 16383 个 solt ，默认情况会给我们平均分配，当然你可以指定，后续的增减节点也可以重新分配。

2.验证

　　在9001设置name：启动命令（记得加-c）不然会抱error:

/usr/local/redis-cluster/9001/redis/bin/redis-cli -h 192.168.162.131 -c -p 9001

在9003获取name：

可以看到在9003依然可以获取到name。

　　Redis 集群成功！

3. SpringBoot整合Redis集群
　　代码已提交到Github，版本号:b1dab796317110116e7b2b14b22e10b6f1033b1f
　　修改的地方不多，直接修改application.yml即可

spring:
  redis:
  database: 0
#  host: 132.232.44.194
#  port: 6379
#  password: 123456
  jedis:
    pool:
    max-active: 8
    max-wait: -1
    max-idle: 8
    min-idle: 0
  timeout: 10000
  cluster:
    nodes:
    - 192.168.162.131:9001
    - 192.168.162.131:9002
    - 192.168.162.131:9003
    - 192.168.162.131:9004
    - 192.168.162.131:9005
    - 192.168.162.131:9006

　　设置age：浏览器输入：http://localhost:8080/setString?key=sex&value=male

在浏览器获取sex：


4.Redis集群的几个注意事项

• 　　Redis集群使用CRC16对key进行hash：集群固定使用16384对hash出来的值取模。因为取模结果一定在16384之内，所以集群中的sharding（分片）实际就是如何将16384个值在n个主节点间分配，如何分配取决于你的配置。
  
• 　　Redis生产级集群需要容灾：因此，一般部署为n个主+n*m个从。n大小主要取决于单机性能，m大小主要取决于机器稳定性。
  
• 　　Redis集群是弱一致性的：此处的一致，主要指主从之间的数据一致性。主要是因为redis在做数据更新时，不要求主从数据同步复制一定要成功。
  集群最小的主数量为3，主数量应为奇数，以便做选举判决。
  

总结