Redis三种集群模式介绍

三种集群模式

  • redis有三种集群模式,其中主从是最常见的模式。
  • Sentinel 哨兵模式是为了弥补主从复制集群中主机宕机后,主备切换的复杂性而演变出来的。哨兵顾名思义,就是用来监控的,主要作用就是监控主从集群,自动切换主备,完成集群故障转移。
  • cluster 模式是redis官方提供的集群模式,使用了Sharding 技术,不仅实现了高可用、读写分离、也实现了真正的分布式存储。

一、主从复制

redis主从复制
  • 1、reids主从模式
    reids主从模式

  • 2、redis复制原理
    redis 的复制分为两部分操作 同步(SYNC)和 命令传播(command propagate)

    • 同步(SYNC)用来将从服务器的状态 更新到 和主服务器 一致。白话文解释就是从服务器主动获取 主服务器的数据。保持数据一致。具体实现是,主服务器收到SYNC命令后,生成RDB快照文件,然后发送给从服务器。
    • 命令传播 (command propagate)用于在主服务器数据被修改后,主从不一致,为了让从服务器保持和主服务器状态一致,而做的命令传播。白话文解释就是主服务器收到客户端修改数据命令后,数据库数据发生变化,同时将命令缓存起来,然后将缓存命令发送到从服务器,从服务器通过载入缓存命令来达到主从数据一致。这就是所谓的命令传播。
    • 为什么需要有同步和命令传播的两种复制操作: 当只有同步操作时候,那么在从服务器向主服务器发送SYNC命令时候,主服务器在生成RDB快照文件时候,仍然会收到客户端的命令修改数据状态,这部分数据如果不能传达给从服务器,那么就会出现主从数据不一致的现象。这时候就出现了命令传播,主服务器收到从服务器的SYNC命令后,生成RDB快照文件同时,将此段时间内收到的命令缓存起来,然后使用命令传播的操作发送从服务器。来达到主从数据一致。
  • 3、redis主从复制原理
    上面介绍了redis复制的两种操作,而redis得主从复制正式基于 同步命令传播 来实现得。下面两张图展示了redis复制的流程:

    redis主从复制

    redis主从复制流程

  • 4、redis主从复制优缺点

优点:

  • 1、实现读写分离,提高了可用性,解决了单机故障
  • 2、主从复制期间master和slave都是非阻塞方式,仍然可用。

缺点:

  • 1、master宕机期间,需要手动切换主机,同时会有部分数据不能及时同步从服务器,造成数据不一致(需要人工手动介入)
  • 2、slave宕机后,多个slave恢复后,大量的SYNC同步会造成master IO压力倍增(可以手动规避启动时间)
  • 3、在线扩容较复杂。

总结:
redis主从复制的优点主要是提高了可用性缺点


二、Sentinel 哨兵模式

Sentinel 哨兵
  • Sentinel 哨兵介绍
    Sentinel 哨兵本质上是一个运行在特殊模式下的Redis实例,只是初始化的过程和工作与普通的Redis不同,本质上也是一个单独的进程。
    Sentinel 哨兵 是Redis的高可用解决方案:一个或多个Sentinel实例(instance)组成的Sentinel系统(system)可以监视任意多个主服务器,以及这些主服务器属下的所有从服务器,并在主服务器下线时可以自动切换从服务器升级为主服务器。

1、Sentinel系统

下图是一个简单的Sentinel系统架构图,一个Sentinel系统监视一个主从集群,其中server1是Redis主服务器,server2/3/4是Redis 从服务器。主从之间利用上面的主从复制来达到主从一致。而Sentinel系统监视整个主从集群。

Sentinel 哨兵


2、Sentinel故障转移
当Sentinel系统察觉到Server1主服务器下线时,就会终止server2/3/4的复制。
Sentinel主服务下线

同时Sentinel将server2升级为主服务器,server3/4从新的主服务器进行复制。同时等待server1的再次上线。
Sentinel故障转移

Sentinel系统也可以主动降级主服务为从服务器,将从服务器升级为主服务器。
Sentinel降级主服务器

  • 2.1、Sentinel 哨兵监控过程
    Sentinel 哨兵监控集群过程:

    • 命令 Sentinel哨兵通过发送命令,让redis服务器返回运行状态。
    • 发布订阅 当主服务器状态发生变化时,Sentinel哨兵通过发布订阅模式通知其他从服务器。
  • 2.2、Sentinel 哨兵故障转移
    Sentinel 故障转移:

    • 1、Sentinel系统中的Sentinel实例每隔1s就像集群发送PING命令
    • 2、如果集群中有实例的回复Sentinel实例时间超过了 down-after-milliseconds,那么这个实例就会发送PING命令的Sentinel实例被主观下线
    • 3、那么什么时候会客观下线呢?需要Sentinel系统中其他实例也确认集群中该实例主管下线。
      如果master主服务器被标记为主观下线,则Sentinel系统中监视master的Sentinel进程需要以每秒一次的频率确认Master是否进入主管下线状态
    • 4、当有足够的Sentinel实例(取决于配置)确认Master进入了主管下线,则Master会被标记为客观下线。
      故障转移
  • 3、Sentinel 哨兵优缺点
    优点:

    • 1、哨兵模式基于主从复制,因此主从复制的优点哨兵都具备
    • 2、哨兵具备了主从切换和故障转移,因此集群有了更高的可用性

    缺点:

    • 1、Redis较难支持在线扩容,在线扩容比较复杂。


总结:
sentinel 哨兵主要用来监控redis主从集群,提高了redis 主从集群的可用性。


三、cluster 模式

redis cluster
  • 1、reids cluster
    Redis Cluster是一种服务器 Sharding 技术,redis 3.0版本开始正式提供。
    Sentinel基本已经实现了高可用,但是每台机器都存储相同内容,很浪费内存,所以Redis Cluster实现了分布式存储。每台机器节点上存储不同的内容。
    Redis Cluster

  • 2、Redis Cluster 数据分片原理
    redis 数据分片使用的是hash slot, redis集群有16384个哈希槽,每个Key通过CRC16校验后对16384取模来决定放置哪一个槽。
    当存取redis key时候,redis会根据CRC16算法得到一个结果,然后把结果和16384求余,通过这个值去对应得节点获取数据。
    这个时候,应用客户端实际上只需要连接其中任意一个节点即可,然后Redis Cluster 中每个节点都保存了其他节点得槽信息。这样当存取key计算完槽之后,通过保存槽信息从配置中获取节点信息,然后再去对应得节点获取数据。

  • 3、Redis Cluster 复制原理
    redis-cluster集群引入了主从复制模型,一个主节点对应一个或者多个从节点,当主节点宕机的时候,就会启用从节点。当其它主节点 ping 一个主节点 A 时,如果半数以上的主节点与 A 通信超时,那么认为主节点 A 宕机了。如果主节点 A 和它的从节点 A1 都宕机了,那么该集群就无法再提供服务了

  • 4、redis Cluster 优缺点
    优点:

    • 1、实现了分布式存储,节省了内存