Redis 集群教程



Redis集群介绍

Redis 集群是一个提供在多个Redis间节点间共享数据的程序集。

Redis集群并不支持处理多个keys的命令,因为这需要在不同的节点间移动数据,从而达不到像Redis那样的性能,在高负载的情况下可能会导致不可预料的错误.

Redis 集群通过分区来提供一定程度的可用性,在实际环境中当某个节点宕机或者不可达的情况下继续处理命令. Redis 集群的优势:

• 自动分割数据到不同的节点上。
• 整个集群的部分节点失败或者不可达的情况下能够继续处理命令。

集群：分隔数据，失效部分后gossip可用，主从

Redis 集群的数据分片

Redis 集群没有使用一致性hash, 而是引入了 哈希槽的概念.

Redis 集群有16384个哈希槽,每个key通过CRC16校验后对16384取模来决定放置哪个槽.集群的每个节点负责一部分hash槽,举个例子,比如当前集群有3个节点,那么:

• 节点 A 包含 0 到 5500号哈希槽.
• 节点 B 包含5501 到 11000 号哈希槽.
• 节点 C 包含11001 到 16384号哈希槽.

这种结构很容易添加或者删除节点. 比如如果我想新添加个节点D, 我需要从节点 A, B, C中得部分槽到D上. 如果我像移除节点A,需要将A中得槽移到B和C节点上,然后将没有任何槽的A节点从集群中移除即可. 由于从一个节点将哈希槽移动到另一个节点并不会停止服务,所以无论添加删除或者改变某个节点的哈希槽的数量都不会造成集群不可用的状态.

Redis 集群的主从复制模型

为了使在部分节点失败或者大部分节点无法通信的情况下集群仍然可用，所以集群使用了主从复制模型,每个节点都会有N-1个复制品.

在我们例子中具有A，B，C三个节点的集群,在没有复制模型的情况下,如果节点B失败了，那么整个集群就会以为缺少5501-11000这个范围的槽而不可用.

然而如果在集群创建的时候（或者过一段时间）我们为每个节点添加一个从节点A1，B1，C1,那么整个集群便有三个master节点和三个slave节点组成，这样在节点B失败后，集群便会选举B1为新的主节点继续服务，整个集群便不会因为槽找不到而不可用了

不过当B和B1 都失败后，集群是不可用的.

Redis 一致性保证

Redis 并不能保证数据的强一致性. 这意味这在实际中集群在特定的条件下可能会丢失写操作.

第一个原因是因为集群是用了异步复制. 写操作过程:

• 客户端向主节点B写入一条命令.
• 主节点B向客户端回复命令状态.
• 主节点将写操作复制给他得从节点 B1, B2 和 B3.

主节点对命令的复制工作发生在返回命令回复之后， 因为如果每次处理命令请求都需要等待复制操作完成的话， 那么主节点处理命令请求的速度将极大地降低 —— 我们必须在性能和一致性之间做出权衡。 注意：Redis 集群可能会在将来提供同步写的方法。 Redis 集群另外一种可能会丢失命令的情况是集群出现了网络分区， 并且一个客户端与至少包括一个主节点在内的少数实例被孤立。

16384

Redis 集群的目标

Redis 集群是 Redis 的一个分布式实现，主要是为了实现以下这些目标（按在设计中的重要性排序）：

• 在1000个节点的时候仍能表现得很好并且可扩展性（scalability）是线性的。
• 没有合并操作，这样在 Redis 的数据模型中最典型的大数据值中也能有很好的表现。
• 写入安全（Write safety）：那些与大多数节点相连的客户端所做的写入操作，系统尝试全部都保存下来。不过公认的，还是会有小部分（small windows?）写入会丢失。
• 可用性（Availability）：在绝大多数的主节点（master node）是可达的，并且对于每一个不可达的主节点都至少有一个它的从节点（slave）可达的情况下，Redis 集群仍能进行分区（partitions）操作。

Redis 集群协议中的客户端和服务器端

在 Redis 集群中，节点负责存储数据、记录集群的状态（包括键值到正确节点的映射）。集群节点同样能自动发现其他节点，检测出没正常工作的节点， 并且在需要的时候在从节点中推选出主节点。

为了执行这些任务，所有的集群节点都通过TCP连接（TCP bus？）和一个二进制协议（集群连接，cluster bus）建立通信。 每一个节点都通过集群连接（cluster bus）与集群上的其余每个节点连接起来。节点们使用一个 gossip 协议来传播集群的信息，这样可以：发现新的节点、 发送ping包（用来确保所有节点都在正常工作中）、在特定情况发生时发送集群消息。集群连接也用于在集群中发布或订阅消息。

由于集群节点不能代理（proxy）请求，所以客户端在接收到重定向错误（redirections errors） -MOVED 和 -ASK 的时候， 将命令重定向到其他节点。理论上来说，客户端是可以自由地向集群中的所有节点发送请求，在需要的时候把请求重定向到其他节点，所以客户端是不需要保存集群状态。 不过客户端可以缓存键值和节点之间的映射关系，这样能明显提高命令执行的效率。

主类似于zk, gossip.

使用集群

Redis 集群现阶段的一个问题是客户端实现很少。

以下是一些我知道的实现：

• redis-rb-cluster 是我（@antirez）编写的 Ruby 实现， 用于作为其他实现的参考。 该实现是对 redis-rb 的一个简单包装， 高效地实现了与集群进行通讯所需的最少语义（semantic）.
• redis-py-cluster 看上去是 redis-rb-cluster 的一个 Python 版本， 这个项目有一段时间没有更新了（最后一次提交是在六个月之前）， 不过可以将这个项目用作学习集群的起点。
• 流行的 Predis 曾经对早期的 Redis 集群有过一定的支持， 但我不确定它对集群的支持是否完整， 也不清楚它是否和最新版本的 Redis 集群兼容 （因为新版的 Redis 集群将槽的数量从 4k 改为 16k 了）.
• 使用最多的时java客户端, Jedis 最近添加了对集群的支持, 详细请查看项目README中Jedis Cluster部分.
• StackExchange.Redis 提供对 C# 的支持(并且包括大部分 .NET 下面的语言，比如： VB, F#等等)
• thunk-redis 提供对 Node.js 和 io.js的支持。
• Redis unstable 分支中的 redis-cli 程序实现了非常基本的集群支持， 可以使用命令 redis-cli -c 来启动。

测试 Redis 集群比较简单的办法就是使用 redis-rb-cluster 或者 redis-cli ， 接下来我们将使用 redis-cli 为例来进行演示：

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一:关于redis cluster

 redis cluster 架构

1)redis-cluster架构图

 

架构细节:

(1)所有的redis节点彼此互联(PING-PONG机制),内部使用二进制协议优化传输速度和带宽.

(2)节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才生效.

(3)客户端与redis节点直连,不需要中间proxy层.客户端不需要连接集群所有节点,连接集群中任何一个可用节点即可

(4)redis-cluster把所有的物理节点映射到[0-16383]slot上,cluster 负责维护node<->slot<->value

2) redis-cluster选举:容错

 

(1)领着选举过程是集群中所有master参与,如果半数以上master节点与master节点通信超过(cluster-node-timeout),认为当前master节点挂掉.

(2):什么时候整个集群不可用(cluster_state:fail),当集群不可用时,所有对集群的操作做都不可用，收到((error) CLUSTERDOWN The cluster is down)错误

    a:如果集群任意master挂掉,且当前master没有slave.集群进入fail状态,也可以理解成进群的slot映射[0-16383]不完成时进入fail状态.

    b:如果进群超过半数以上master挂掉，无论是否有slave集群进入fail状态.

http://www.cnblogs.com/tankaixiong/articles/4022646.html