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↩️README 数据结构 Redis是怎么运行的 持久化 缓存过期与内存淘汰 集群模式 缓存 分布式锁 事务机制 Hot Key / Big Key

三种集群模式

  • 集群是什么

主从复制

作用

Redis通过持久化将内存中的数据保存到硬盘上,重启从硬盘中加载数据,保证在服务器重启时也不会丢失数据。

由于数据是存储在一台服务器上的,如果这台服务器出现硬盘故障等问题,也会导致数据丢失。

为了避免单点故障,通常的做法是将数据库复制多个副本以部署在不同的服务器上,这样即使有一台服务器出现故障,其他服务器依然可以继续提供服务。

Redis 提供了复制(replication)功能,可以实现当一台数据库中的数据更新后,自动将更新的数据同步到其他数据库上。

在复制的概念中,数据库分为两类,一类是主数据库(master),另一类是从数据库(slave)。

  • 主数据库可以进行读写操作,当写操作导致数据变化时会自动将数据同步给从数据库。
  • 从数据库一般是只读的,并接受主数据库同步过来的数据。
  • 一个主数据库可以拥有多个从数据库,而一个从数据库只能拥有一个主数据库。

通过引入主从复制机制,主要是为了:

  • 一个是读写分离,分担 "master" 的读写压力
  • 一个是方便做容灾恢复

原理

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描述下整体的流程

  • 出现断开重连后,2.8之后的版本会将断线期间的命令传给重数据库,增量复制。
  • 主从刚刚连接的时候,进行全量同步;全同步结束后,进行增量同步。当然,如果有需要,slave 在任何时候都可以发起全量同步。Redis 的策略是,无论如何,首先会尝试进行增量同步,如不成功,要求从机进行全量同步。

优缺点

主从复制优点

  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;

主从复制缺点

  • 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(也就是要人工介入);
  • 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;
  • 如果多个 Slave 断线了,需要重启的时候,尽量不要在同一时间段进行重启。因为只要 Slave 启动,就会发送sync 请求和主机全量同步,当多个 Slave 重启的时候,可能会导致 Master IO 剧增从而宕机。
  • 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;

Sentinel哨兵

第一种主从同步/复制的模式,当主服务器宕机后,需要手动把一台从服务器切换为主服务器,这就需要人工干预,费事费力,还会造成一段时间内服务不可用。这不是一种推荐的方式,更多时候,我们优先考虑哨兵模式。

哨兵模式是一种特殊的模式,首先 Redis 提供了哨兵的命令,哨兵是一个独立的进程,作为进程,它会独立运行。其原理是哨兵通过发送命令,等待Redis服务器响应,从而监控运行的多个 Redis 实例。

作用

  • 通过发送命令,让 Redis 服务器返回监控其运行状态,包括主服务器和从服务器;
  • 当哨兵监测到 master 宕机,会自动将 slave 切换成 master ,然后通过发布订阅模式通知其他的从服务器,修改配置文件,让它们切换主机;

然而一个哨兵进程对Redis服务器进行监控,也可能会出现问题,为此,我们可以使用多个哨兵进行监控。各个哨兵之间还会进行监控,这样就形成了多哨兵模式。

故障切换

  • 假设主服务器宕机,一个哨兵检测到结果,不会立马进行failover操作,目前只是主观下线。
  • 后面的哨兵也检测到主服务器不可用,并且数量达到一定值时,那么哨兵之间就会进行一次投票,投票的结果由一个哨兵发起,进行 failover 操作。
  • 切换成功后,就会通过发布订阅模式,让各个哨兵把自己监控的从服务器实现切换主机,这个过程称为客观下线。这样对于客户端而言,一切都是透明的。

订阅模式:是一种消息通信模式。

工作方式

描述下,待补充

优缺点

优点:

  • 哨兵模式是基于主从模式的,所有主从的优点,哨兵模式都具有。
  • 主从可以自动切换,系统更健壮,可用性更高(可以看作自动版的主从复制)。

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。

Cluster集群

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

edis 的哨兵模式基本已经可以实现高可用,读写分离 ,但是在这种模式下每台 Redis 服务器都存储相同的数据,很浪费内存,所以在 redis3.0上加入了 Cluster 集群模式,实现了 Redis 的分布式存储,也就是说每台 Redis 节点上存储不同的内容。

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。

每个节点都有插槽slot,取值0-16383。

还有一个就是 cluster,可以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。

集群中每个节点存放一部分哈希槽节点,比如当前集群有3个节点,那么:

  • 节点 A 包含 0 到 5460 号哈希槽
  • 节点 B 包含 5461 到 10922 号哈希槽
  • 节点 C 包含 10923 到 16383 号哈希槽

当添加、删除或者更改变某个节点哈希槽数量时,只需要在过程匀下哈希槽到其他节点中,不会造成集群不可用状态。

在移动过程中,对于搬移这些节点的如果查询怎么处理?

集群的主从复制

为了保证高可用,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。

集群的特点

  • 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。
  • 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。
  • 客户端与 Redis 节点直连,不需要中间代理层。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。

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。

  1. 主从复制
    1. 作用
    2. 原理
    3. 优缺点
  2. Sentinel哨兵
    1. 作用
    2. 故障切换
    3. 工作方式
    4. 优缺点
  3. Cluster集群
    1. 集群的主从复制
    2. 集群的特点
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