Redis 大型攻略之主从复制、哨兵模式、群集模式（理论详解+搭建步骤）

文章目录

• 前言
• 一、Redis主从复制
• • 1.主从复制
• 二、哨兵模式
• • 1.哨兵模式集群架构
  • 2.哨兵模式主要功能
  • 3.哨兵监控整个系统节点的过程
  • 4.哨兵模式下的故障迁移
  • • ① 主观下线
    • ② 客观下线
    • ③ master选举
    • ④ 故障转移
• 三、Cluster群集
• • 1.作用
  • • ① 数据分区
    • ②高可用
    • ③ 数据分片
• 四、项目一（主从复制）
• • 1.安装redis
  • 2.修改 Redis 配置文件
  • 3.验证主从效果
• 五、项目二（哨兵）
• 六、项目一（cluster集群）
• • 1.环境
  • 2.创建端口工作目录
  • 3.修改配置文件
  • 4.加入集群
  • 5.测试集群

前言

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster

一、Redis主从复制

• 通过持久化功能，redis保证了即使在服务器重启的情况下也不会丢失（或少量丢失）数据，因为持久化会把内存中的数据保存到硬盘上，重启会从硬盘上加载数据，但是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
• 喂了避免单点故障，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，为此，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（slave）。主数据可以进行读和写操作，当写操作导致数据变化时会自动将数据同步给从数据库，而从数据库一般是只读的，并接受主数据同步过来的数据。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

1.主从复制

①若启动一个slave机器进程，则它会向master机器发送一个“sync command”命令，请求同步连接

②无论是第一次连接还是重新连接，master机器都会启动一个后台进程，将数据快照（RDB）保存到数据文件中（执行RDB操作），同时master还会记录修改数据的所有命令，并缓存在数据文件中

③后台进程完成缓存操作后，master机器就会向slave机器发送数据文件，slave端机器将数据文件保存在硬盘上，然后将其加载到内存中，接着master机器就会将修改数据的所有操作一并发送给slave端机器。若slave出现故障导致宕机，则恢复正常后会自动重新连接

④master机器收到slave端机器的连接后，将其完整的数据文件发送给slave端机器，如果master同时收到多个slave发来的同步请求，则master会在后台启动一个进程以保存数据文件，然后将其发送给所有的slave端机器，确保所有的slave端机器都正常工作

二、哨兵模式

1.哨兵模式集群架构

哨兵时redis集群架构中非常重要的 一个组件，主要是解决了主从复制出现故障时需要人为干预的问题

2.哨兵模式主要功能

① 集群监控:负责监控Redismaster和slave进程是否正常工作
② 消息通知:如果某个Redis实例有故障，那么哨兵负责发送消息作为报敬通知给管理员
③ 故障转移:如果master node挂掉了，会自动转移到slave node上
④ 配置中心:如果故障转移发生了，通知client客户端新的master地址

使用一个或者多个哨兵(Sentinel)实例组成的系统，对redis节点进行监控 在主节点出现故障的情况下， 能将从节点中的一个升级为主节点，进行故障转义，保证系统的可用性。

3.哨兵监控整个系统节点的过程

① 首先主节点的信息是配置在哨兵(Sentinel)的配置文件中

② 哨兵节点会和配置的主节点建立起两条连接命令连接和订阅连接
PS:Redis发布订阅(pub/sub)是一种消息通信模式:发送者(pub)发送消 息，订阅者 (sub) 接收消息。

③ 哨兵会通过命令连接每10s发送一次INFO命令，通过INFO命令，主节点会返回自己的run_id和自己的从节点信息

④ 哨兵会对这些从节点也建立两条连接命令连接和订阅连接

⑤ 哨兵通过命令连接向从节点发送INFO命令，获取到他的一些信息:
run id(redis服务器id)
role(职能)
从服务器的复制偏移量offset
其他

⑥ 通过命令连接向服务器的sentinel:hello频道发送一条消息，内容包括自己的ip端口、run id、配置(后续投票的时候会用到)等

⑦ 通过订阅连接对服务器的sentinel:hello频道做了监听，所以所有的向该频道发送的哨兵的消息都能被接受到

⑧ 解析监听到的消息，进行分析提取，就可以知道还有那些别的哨兵服务节点也在监听这些主从节点了，更新结构体将这些
哨兵节点记录下来

⑨ 向观察到的其他的哨兵节点建立命令连接----没有订阅连接

4.哨兵模式下的故障迁移

① 主观下线

哨兵(Sentinel)节点会每秒一次的频率向建立了命令连接的实例发送PING命令，如果在down-after-milliseconds毫秒内没有做出有效响应包括(PONG/LOADING/MASTERDOWN)以外的响应，哨兵就会将该实例在本结构体中的状态标记为SRI_S_DOWN主观下线

② 客观下线

当一个哨兵节点发现主节点处于主观下线状态是，会向其他的哨兵节点发出询问，该节点是不是已经主观下线了。如果超过配置参数quorum个节点认为是主观下线时，该哨兵节点就会将自己维护的结构体中该主节点标记为SRIO DOWN客观下线询问命令SENTINEL is-master-down-by-addr

③ master选举

在认为主节点客观下线的情况下，哨兵节点节点间会发起一次选举，命令为:SENTINEL is-master-down-by-addr
只是runid这次会将自己的runid带进去，希望接受者将自己设置为主节点。如果超过半数以上的节点返回将该节点标记为leacer的情况下，会有该leader对故障进行迁移

④ 故障转移

• 在从节点中挑选出新的主节点
  通讯正常
  优先级排序
  优先级相同时选择offset最大的

• 将该节点设置成新的主节点SLAVEOF no one,并确保在后续的INGO命令时 该节点返回状态为master

• 将其他的从节点设置成从新的主节点复制，SLAVEOF命令

• 将旧的主节点变成新的主节点的从节点

PS:优缺点

• 优点:
  高可用，哨兵模式是基于主从模式的，所有主从模式的优点，哨兵模式都具有有;主从可以自动切换，系统更
  健壮，可用性更高
• 缺点:
  redis比较难支持在线扩容，在群集容量达到上限时在线扩容会变得很复杂

三、Cluster群集

• 主节点负责读写请求和集群信息的维护，从节点只进行主节点数据和状态信息的复制

1.作用

① 数据分区

• 数据分区（或称数据分片）是集群最核心的功能

• 集群将数据分散到多个节点，一方面突破了 Redis 单机内存大小的限制，存储容量大大增加，另一方面每个主节点都可以对外提供读服务和写服务，大大提高了集群的响应能力

• Redis 单机内存大小受限问题，在介绍持久化和主从复制时都有提及

• 例如，如果单机内存太大，bgsave 和 bgrewriteaof 的 fork 操作可能导致主进程阻塞，主从环境下主机切换时可能导致从节点长时间无法提供服务，全量复制阶段主节点的复制缓冲区可能溢出

②高可用

• 集群支持主从复制和主节点的自动故障转移（与哨兵类似），当任意节点发送故障时，集群仍然可以对外提供服务

③ 数据分片

• Redis 集群引入了哈希槽的概念，有 16384 个哈希槽（编号 0~16383）
• 集群的每个节点负责一部分哈希槽，每个 Key 通过 CRC16 校验后对 16384 取余来决定放置哪个哈希槽，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
• 以 3 个节点组成的集群为例：
  节点 A 包含 0~5469 号的哈希槽
  节点 B 包含 5461~10922 号的哈希槽
  节点 C 包含 10923~16383 号的哈希槽