Redis集群解决方案

• redis集群解决方案
  • 三种集群的特点
  • redis三种集群有什么区别？分别有什么特点？适用于什么场景？实际工作如何选择？

redis集群解决方案

1. 主从复制
2. 哨兵机制
3. redis cluster

这三种都可以解决集群问题。区别不在于能否解决集群问题，而在于集群的问题解决的好不好，是否方便。

三种集群的特点

• 主从复制
  

工作机制

1. slave启动后，向master发送SYNC命令，master接收到SYNC命令后通过bgsave保存快照(即RDB持久化)，并使用缓冲区记录保存快照这段时间内执行的写命令
   
2. master将保存的快照文件发送给slave，并继续记录执行的写命令
   
3. slave接收到快照文件后，加载快照文件，载入数据
   
4. master快照发送完成后开始向slave发送缓冲区的写命令，slave接收命令并执行，完成复制初始化
   
5. 此后master每执行一个写命令都会同步发送给slave，保持master与slave之间的数据一致性

优点：数据备份，读写分离，负载均衡
缺点：不能自动故障恢复

• 哨兵机制
  

  Sentinel 基于主从复制模式，会监控多个服务器，当 master 不可用时，会将一个 salve 升级为 master， 并将其他 salve 的主服务器更新为最新的 master。

工作机制：
在配置文件中通过sentinel monitor <master-name> <ip> <redis-port> <quorum>来定位master的IP、端口，一个哨兵可以监控多个master数据库，只需要提供多个该配置项即可。哨兵启动后，会与要监控的master建立两条连接：

1. 一条连接订阅master的_sentinel_:hello频道与获取其他监控该master的哨兵节点信息；
2. 另一条连接定期向master发送INFO命令获取master本身的信息
   与master建立连接后，哨兵会执行三个操作：
3. 定期（一般10s一次，当master被标记为主观下线时，改为1s一次）向master和slave发送INFO命令
4. 定期向master和slave的_sentinel_:hello频道发送自己的信息
5. 定期(1s一次)向master、slave和其他哨兵发送PING命令
   

发送INFO命令可以获取当前数据库的相关信息从而实现新节点的自动发现。所以哨兵只需要配置master数据库信息就可以自动发现其slave信息。获取到slave信息后，哨兵也会与slave建立两条连接执行监控。通过INFO命令，哨兵可以获取主从数据库的最新信息，并进行相应的操作。

接下来哨兵向主从数据库的_sentinel_:hello频道发送信息与同样监控这些数据库的哨兵共享自己的信息，发送内容为哨兵的ip端口、运行id、配置版本、master名字、master的ip端口还有master的配置版本。这些信息有以下用处：

1. 其他哨兵可以通过该信息判断发送者是否是新发现的哨兵，如果是的话会创建一个到该哨兵的连接用于发送PING命令。
2. 其他哨兵通过该信息可以判断master的版本，如果该版本高于直接记录的版本，将会更新
3. 当实现了自动发现slave和其他哨兵节点后，哨兵就可以通过定期发送PING命令定时监控这些数据库和节点有没有停止服务。

如果被PING的数据库或者节点超时(通过sentinel down-after-milliseconds master-name milliseconds 配置)没有回复，哨兵会认为其主观下线(sdown，s为Subjectibely)。如果下线的是master，哨兵会向其他哨兵发送命令询问他们是否也认为该master主观下线，如果达到一定数目(即配置文件中的quorum)投票，哨兵会认为该master已经客观下限(odown，o即Objectively),并选举领头的哨兵节点对主从系统发起故障恢复。若没有足够的sentinel进程同意master下线，master的客观下线状态会被移除，若master重新向sentinel进程发送的PING命令返回有效回复，master的主观下线就被移除。

总结：如果master节点超时，哨兵会认为该master主观下线，会向其他哨兵发送命令询问是否同意该master下线，如果达到一定数目投票，则认为该master客观下线，并选举新的领头哨兵进行故障恢复。

哨兵认为master客观下线后，故障恢复的操作需要由选举的领头哨兵执行，选举采用Raft算法：

1. 发现master下线的哨兵节点(A)向每个哨兵发送命令，要求对方选自己为领头哨兵
2. 如果目标哨兵节点没有选过其他人，则会同意选择A为领头哨兵
3. 如果有超一般的哨兵同意选择A为领头，则A当选
4. 如果有多个哨兵同时参选领头，此时有可能存在一轮投票没有哨兵胜出，此时每个参选的节点等待一个随机时间后再次发起参选请求，进行下一轮投票竞选，直至选出领头哨兵

选出领头哨兵后，领头者开始对系统进行故障恢复，从出现故障的master的slave节点中挑选一个当选新的master，规则如下：

1. 所有在线的slave中选择优先级最高的，优先级可以通过slave-priority配置；
2. 如果有多个最高优先级的slave，则选取复制偏移量最大(即复制最完整)当选；
3. 如果以上条件都一样，选取id最小的slave

挑选出要继任的slave后，领头哨兵向该数据库发送命令使其升级为master，然后再向其他slave发送命令接受新的master，最后更新数据。将停止的旧的master更新为新的master的slave，恢复服务后继续以slave身份继续运行。

优点：解决自动故障恢复的问题
缺点：不能解决负载均衡的问题

• redis cluster
  

  cluster实现了redis的分布式存储，即每台节点存储不同的内容，来解决在线扩容的问题

cluster采用无中心结构，特点如下：

1. 所有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宽带
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，不需要中间代理层，客户端不需要连接集群所有节点，连接及群众任意一个可用节点即可

cluster模式的工作机制

1. 在redis每个节点上，都有一个插槽(slot)，取值范围为0～16383
2. 当我们存取key的时候，redis会根据CRC16算法得出一个结果，然后把结果对16383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，去找对应的插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对于节点上进行存取操作；
3. 为了保证高可用，cluster模式也引入了主从复制模式，一个主节点对应一个从节点，主节点宕机，就会启用从节点；
4. 其他主节点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和它的从节点都宕机，则该集群无法再提供服务了。

优点：解决负载均衡问题，在线扩容。具体解决方案是分片/虚拟槽slot

redis三种集群有什么区别？分别有什么特点？适用于什么场景？实际工作如何选择？

主从模式：备份数据、负载均衡，一个master可以有多个slaves；
哨兵模式：发现master挂了之后，就会从slave中重新选择一个master；
cluster：为了解决单机redis容量有限的问题，将数据按一定的规则分配到多台机器
哨兵着重高可用，cluster提高并发量