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在上一篇博客我们介绍了------Redis哨兵(Sentinel)模式,哨兵模式主要是解决高可用问题,在master节点宕机时,slave节点能够自动切换成为master节点
本篇博客我们来介绍Redis的另外一种模式------集群模式.
PS：我这里搭建演示的版本是redis-5.0.5，这个版本对于集群搭建会有很大的简化，比如最常用的redis-trib.rb脚本功能已经集成到redis-cli工具中了，具体下面会详细介绍。
1、为什么需要集群?
①、并发量
通常来说,单台Redis能够执行10万/秒的命令,这个并发基本上能够满足我们所有需求了,但有时候比如做离线计算,为了更快的得出结果,有时候我们希望超过这个并发,那这个时候单机就不满足我们需求了,就需要集群了.
②、数据量
通常来说,单台服务器的内存大概在16G-256G之间,前面我们说Redis数据量都是存在内存中的,那如果实际业务要保存在Redis的数据量超过了单台机器的内存,这个时候最简单的方法是增加服务器内存,但是单台服务器内存不可能无限制的增加,纵向扩展不了了,便想到如何进行横向扩展.这时候我们就会想将这些业务数据分散存储在多台Redis服务器中,但是要保证多台Redis服务器能够无障碍的进行内存数据沟通,这也就是Redis集群.
2、数据分区方式
对于集群来说,如何将原来单台机器上的数据拆分,然后尽量均匀的分布到多台机器上,这是我们创建集群首先要考虑的一个问题,通常来说,有如下两种数据分区方式.
①、顺序分布
比如我们有100W条数据,有3台服务器,我们可以将100W/3的结果分别存储到三台服务器上,如下所示:
特点：键值业务相关；数据分散，但是容易造成访问倾斜；支持顺序访问；支持批量操作
②、哈希分布
同样是100W条数据,有3台服务器,通过自定义一个哈希函数,比如节点取余的方法,余数为0的存在第一台服务器,余数为1的存在第二台服务器,余数为2的存储在第三台服务器.如下所示:
特点：数据分散度高；键值分布与业务无关；不支持顺序访问；支持批量操作。
3、一致性哈希分布
问题：对于上面介绍的哈希分布，大家可以想一下，如果向集群中增加节点，或者集群中有节点宕机，这个时候应该怎么处理？
①、增加节点
如上图所示，总共10个数据通过节点取余hash(key)%/3 的方式分布到3个节点，这时候由于访问量变大，要进行扩容，由 3 个节点变为 4 个节点。
我们发现，如图所示，数据除了标红的1 2 没有进行迁移，别的数据都要进行变动，达到了80%，如果这时候并发很高，80%的数据都要从下层节点（比如数据库）获取，会给下层节点造成很大的访问压力，这是不能接受的。
即使我们进行翻倍扩容，从3个节点增加到6个节点，其数据迁移也在50%左右。
②、删除节点
上图其实不管是哪一个节点宕机，其数据迁移量都会超过50%。基本上也是我们所不能接受的。
那么如何使得集群中新增节点或者删除节点时，数据迁移量最少？——一致性哈希算法诞生。
PS：关于一致性哈希算法，我会另外写一篇博客进行详细介绍，这里只是大概介绍一下。
假设有一个哈希环，从0到2的32次方，均匀的分成三份，中间存放三个节点，沿着顺时针旋转，从Node1到Node2之间的数据，存放在Node2节点上；从Node2到Node3之间的数据，存放在Node3节点上，依次类推。
假设Node1节点宕机，那么原来Node3到Node1之间的数据这时候改为存放到Node2节点上，Node2到Node3之间数据保持不变，原来Node1到Node2之间的数据还是存放在Node2上，也就是只影响三分之一的数据，节点越多，影响数据越少。
同理，假设增加一个节点，影响的数据甚至更少。
当然，实际业务中并不是你节点均匀分布，访问就会很平均，这时候容易造成访问倾斜的问题，这里就会引出虚拟节点的定义。我这里就不做详解了。
4、Redis Cluster虚拟槽分区
Redis集群数据分布没有使用一致性哈希分布，而是使用虚拟槽分区概念。
Redis内部内置了序号 0-16383 个槽位，每个槽位可以用来存储一个数据集合，将这些槽位按顺序分配到集群中的各个节点。每次新的数据到来，会通过哈希函数 CRC16(key) 算出将要存储的槽位下标，然后通过该下标找到前面分配的Redis节点，最后将数据存储到该节点中。
具体情况如下图：（以集群有3个节点为例）
至于为什么Redis不使用一致性哈希分布，而是虚拟槽分区。因为虚拟槽分区虽然没有一致性哈希那么灵活，但是CRC16(key)%16384 已经分布很均匀了，并且对于后面节点增删（按照序号）操作起来也很方便。
5、原生搭建 Redis Cluster
集群以三主三从的模式来搭建。
①、服务器列表
②、配置各个节点参数
#配置端口
port?${port}
#以守护进程模式启动
daemonize?yes
#pid的存放文件
pidfile?/var/run/redis_${port}.pid
#日志文件名
logfile?"redis_${port}.log"
#存放备份文件以及日志等文件的目录
dir?"/opt/redis/data"??
#rdb备份文件名
dbfilename?"dump_${port}.rdb"
#开启集群功能
cluster-enabled?yes
#集群配置文件，节点自动维护
cluster-config-file?nodes-${port}.conf
#集群能够运行不需要集群中所有节点都是成功的
cluster-require-full-coverage?no配置完成后，通过 redis-server redis.conf 命令启动这六个节点。
启动之后，进程后面会有 cluster 的字样：
③、建立各个节点通信 这里有 6 个节点，我们只需要拉通 1 个节点和另外 5 个节点之间通信，那么每两个节点就能够通信了。命令如下：
redis-cli -h -p {password} cluster meet {port2}
这里的 -a 参数表示该Redis节点有密码，如果没有可以不用加此参数。
实例中的 6 个节点，分别进行如下命令：
redis-cli?-p?6379?-a?123?cluster?meet?192.168.14.101?6382
redis-cli?-p?6379?-a?123?cluster?meet?192.168.14.102?6380
redis-cli?-p?6379?-a?123?cluster?meet?192.168.14.102?6383
redis-cli?-p?6379?-a?123?cluster?meet?192.168.14.103?6381
redis-cli?-p?6379?-a?123?cluster?meet?192.168.14.103?6384执行完毕后，可以查看节点通信信息：
redis-cli -p 6379 -a 123 cluster nodes
结果如下：
或者执行如下命令：
redis-cli -p 6379 -a 123 cluster info
结果如下：
④、分配槽位 由于我们是三主三从的架构，所以只需要对主服务器分配槽位即可。三个节点，分配序号为 0-16383 ，总共16384 个槽位。
Node1:0~5460
Node2:5461~10922
Node3:10923~16383分配槽位的命令如下：
redis-cli -p {password} cluster addslots {{endSlot}}
比如，对于Node1主节点，我们执行命令如下：
redis-cli -p 6379 -a 123 cluster addslots {0..5462}
另外两个节点对于上面的命令更改一下槽位数，然后查看集群信息：
查看Node1节点信息：
⑤、主从配置 命令如下：
redis-cli -p {nodeId}
前面的${port} 表示从节点的端口，这里的nodeId表示主节点的nodeId，如下：
如果弄反了，会报如下错误：
(error) ERR To set a master the node must be empty and without assigned slots.
执行三条命令完毕后，查看节点信息：
这时候，集群状态是成功了。
⑥、测试 经过如上几步操作，集群搭建成功，我们通过如下命令进入客户端：
redis-cli -c -p ${port} -a {password}
注意：必须要加 -c 参数，否则进行键值对操作时会报如下错误：
正确进入后，可以正确存值和取值。
6、脚本搭建Redis Cluster
上面原生命令安装Redis Cluster 走下来其实挺费劲的，在实际生产环境中，如果集群数量比较大，操作还是容易出错的。
不过Redis官方提供了一个安装集群的脚本，在Redis安装目录的src目录下——redis-trib.rb，使用该脚本可以快速搭建Redis Cluster集群。
注意：redis版本在5之前的集群运行该脚本需要安装ruby环境，而redis5.0之后已经将redis-trib.rb 脚本的功能全部集成到redis-cli之中了，所以如果当前版本是Redis5，那么可以不用安装ruby环境。
下面我分别介绍这两种方法。
①、Redis5之前使用redis-trib.rb脚本搭建 redis-trib.rb脚本使用ruby语言编写，所以想要运行次脚本，我们必须安装Ruby环境。安装命令如下：
yum?-y?install?centos-release-scl-rh
yum?-y?install?rh-ruby23??
scl?enable?rh-ruby23?bash
gem?install?redis安装完成后，我们可以使用 ruby -v 查看版本信息。
Ruby环境安装完成后。运行如下命令：
redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.14.101:6379 192.168.14.102:6380 192.168.14.103:6381 192.168.14.101:6382 192.168.14.102:6383 192.168.14.103:6384
关于这个命令的解释下面会一起介绍。
②、Redis5版本集群搭建 前面我们就说过，redis5.0之后已经将redis-trib.rb 脚本的功能全部集成到redis-cli中了，所以我们直接使用如下命令即可：
redis-cli -a ${password} --cluster create 192.168.14.101:6379 192.168.14.102:6380 192.168.14.103:6381 192.168.14.101:6382 192.168.14.102:6383 192.168.14.103:6384 --cluster-replicas 1
①、${password} 表示连接Redis的密码，通常整个集群我们要么不设置密码，要么设置成一样的。
②、后面的六个ip:port，按照顺序，前面三个是主节点，后面三个是从节点，顺序不能错。
③、最后数字 1 表示一个主节点只有一个从节点。和前面的配置相对应。
7、集群扩容
这里新增两个端口分别是 6390、6391的节点。其中6391节点是6390节点的从节点。
①、配置新增节点文件 比如，我们将6379节点的配置文件redis.conf 拷贝两份，然后将里面的配置文件里面的字符串 6379 分别替换成 6390 和 6391。
:%s/6379/6390/g，:%s/6379/6391/g
替换完成之后，分别启动这两个节点。
这时候这两个节点都不在集群当中，是两个孤儿节点。
②、将新增主节点加入到集群中 命令如下：
redis-cli -p existing_port -a ${password} --cluster add-node new_host:new_port existing_host:existing_port
我这里是将新增的主节点 6390 添加到原来的集群中。
redis-cli -p 6379 -a 123 --cluster add-node 192.168.14.101:6390 192.168.14.101:6379
添加完毕后，这时候查看集群状态
6390节点已经存在集群中了，但是还没有分配槽位。
③、为新增主节点分配槽位 分配命令如下
redis-cli -p existing_port -a ${password} --cluster reshard existing_host:existing_port
后面的
existing_host:existing_port表示原来集群中的任意一个节点，这个命令表示将源节点的一部分槽位分配个新增的节点。
在分配过程中，会出现如下几个提示：
#后面的2000表示分配2000个槽位给新增节点
How?many?slots?do?you?want?to?move?(from?1?to?16384)??2000
#表示接受节点的NodeId,填新增节点6390的
What?is?the?receiving?node?ID??64a0779c7baef78c8fd0f2bb6e73f29375e00133d
#这里填槽的来源，要么填all，表示所有master节点都拿出一部分槽位分配给新增节点；
#要么填某个原有NodeId，表示这个节点拿出一部分槽位给新增节点
Please?enter?all?the?source?node?IDs.
Type?'all'?to?use?all?the?nodes?as?source?nodes?for?the?hash?slots.
Type?'done'?once?you?entered?all?the?source?nodes?IDs.
Source?node?#1:?all分配成功后，我们查看节点信息：
我们发现已经给该节点分配了槽位。
④、将新增的从节点添加到集群中
redis-cli -p 6379 -a 123 --cluster add-node 192.168.14.101:6391 192.168.14.101:6379
⑤、建立新增节点的主从关系 命令如下：
redis-cli -p {nodeId}
前面的${port} 表示从节点的端口，这里的nodeId表示主节点的nodeId。
⑥、测试 查看节点信息，发现4主4从。
在6379节点新增一个字符串 (k4,v4)，然后到6390节点查看：
自此，大功告成。
8、集群收缩
这里我们将上一步添加的主从节点6390和6391从集群中移除。
①、迁移待移除节点的槽位 移除之前的节点信息：
redis-cli -p existing_port -a {Redis登录密码} --cluster reshard --cluster-from {待移除的NodeId} --cluster-to {接受移除节点的NodeId} --cluster-slots {移除的槽位个数}
existing_host:existing_port
比如，我这里要移除主节点 6390 的所有槽位，给6379节点。
redis-cli -p 6379 -a 123 --cluster reshard --cluster-from 4a0779c7baef78c8fd0f2bb6e73f29375e00133d --cluster-to 001a22b1edae6ea1699b753d193871824723f375 --cluster-slots 2000 192.168.14.101:6379
移除完后，查看节点信息，发现6379已经没有槽位了。
②、移除待删除主从节点 注意：要首先移除从节点，然后再移除主节点，因为如果你先移除主节点，会触发集群的故障转移。
所以，我们应该先移除 6391 从节点，然后在移除 6390 主节点。移除命令如下：
redis-cli -p existing_port -a {Redis登录密码} --cluster del-node host:port {待删除的NodeId}
删除 6391 从节点：
redis-cli -p 6379 -a 123 --cluster del-node 192.168.14.101:6379 3622ec34956b624358722e6f4a2b762574d35bf0
删除 6390 主节点：
redis-cli -p 6379 -a 123 --cluster del-node 192.168.14.101:6379 4a0779c7baef78c8fd0f2bb6e73f29375e00133d
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