分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)

搭建分片集群

主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。但是依然有两个问题没有解决:

  • 海量数据存储问题
  • 高并发写的问题

使用分片集群可以解决上述问题,如图:
分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第1张图片

分片集群特征:

  • 集群中有多个master,每个master保存不同数据
  • 每个master都可以有多个slave节点
  • master之间通过ping监测彼此健康状态
  • 客户端请求可以访问集群任意节点,最终都会被转发到正确节点

散列插槽

插槽原理

Redis会把每一个master节点映射到0~16383共16384个插槽(hash slot)上,查看集群信息时就能看到:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第2张图片

数据key不是与节点绑定,而是与插槽绑定。redis会根据key的有效部分计算插槽值,分两种情况:

  • key中包含"{}",且“{}”中至少包含1个字符,“{}”中的部分是有效部分
  • key中不包含“{}”,整个key都是有效部分 {b}c {b}d

例如:key是num,那么就根据num计算,如果是{itcast}num,则根据itcast计算。计算方式是利用CRC16算法得到一个hash值,然后对16384取余,得到的结果就是slot值。
分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第3张图片

如图,在7001这个节点执行set a 1时,对a做hash运算,对16384取余,得到的结果是15495,因此要存储到103节点。

到了7003后,执行get num时,对num做hash运算,对16384取余,得到的结果是2765,因此需要切换到7001节点

小结

Redis如何判断某个key应该在哪个实例?

  • 将16384个插槽分配到不同的实例
  • 根据key的有效部分计算哈希值,对16384取余
  • 余数作为插槽,寻找插槽所在实例即可

如何将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例?

  • 这一类数据使用相同的有效部分,例如key都以{typeId}为前缀

集群伸缩

redis-cli --cluster提供了很多操作集群的命令,可以通过下面方式查看:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第4张图片

比如,添加节点的命令:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第5张图片

需求分析

需求:向集群中添加一个新的master节点,并向其中存储 num = 10

  • 启动一个新的redis实例,端口为7007
  • 添加7007到之前的集群,并作为一个master节点
  • 给7007节点分配插槽,使得num这个key可以存储到7007实例

这里需要两个新的功能:

  • 添加一个节点到集群中
  • 将部分插槽分配到新插槽

创建新的redis实例

启动

redis-server redis-7007.conf

添加新节点到redis

添加节点的语法如下:
分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第6张图片

执行命令:

redis-cli --cluster add-node  192.168.85.143:7007 192.168.85.143:7001

通过命令查看集群状态:

redis-cli -p 7001 cluster nodes

如图,7007加入了集群,并且默认是一个master节点:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第7张图片

但是,可以看到7007节点的插槽数量为0,因此没有任何数据可以存储到7007上

转移插槽

我们要将num存储到7007节点,因此需要先看看num的插槽是多少:

在这里插入图片描述

如上图所示,num的插槽为2765.

我们可以将0~3000的插槽从7001转移到7007,命令格式如下:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第8张图片

具体命令如下:

建立连接:

redis-cli --cluster reshard 192.168.85.143:7001

得到下面的反馈:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第9张图片

询问要移动多少个插槽,我们计划是3000个:

新的问题来了:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第10张图片

那个node来接收这些插槽??

显然是7007,那么7007节点的id是多少呢?

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第11张图片

这里询问,你的插槽是从哪里移动过来的?

  • all:代表全部,也就是三个节点各转移一部分
  • 具体的id:目标节点的id
  • done:没有了

这里我们要从7001获取,因此填写7001的id:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第12张图片

确认要转移吗?输入yes:

然后,通过命令查看结果:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第13张图片

目的达成。

移除节点

# 迁移要移除节点的槽和数据
redis-cli --cluster reshard 192.168.85.143:7001 --cluster-from 7a20bb3e97da5f974afdf4659c69b45b248117a4 --cluster-to  62a4db796e61ddda9fb9511d0f07af8b0c827ac4 --cluster-slots 3000 --cluster-yes
# 删除节点 连接到7001 删除7007的那个id
redis-cli --cluster del-node 192.168.85.143:7001 7a20bb3e97da5f974afdf4659c69b45b248117a4

故障转移

集群初识状态是这样的:

在这里插入图片描述

其中7001、7002、7003都是master,我们计划让7002宕机。

自动故障转移

当集群中有一个master宕机会发生什么呢?

直接停止一个redis实例,例如7002:

redis-cli -p 7002 shutdown

1)首先是该实例与其它实例失去连接

2)然后是疑似宕机:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第14张图片

手动故障转移

利用cluster failover命令可以手动让集群中的某个master宕机,切换到执行cluster failover命令的这个slave节点,实现无感知的数据迁移。

该命令只能在群集slave节点执行,让slave节点进行一次人工故障切换。

人工故障切换是预期的操作,而非发生了真正的故障,目的是以一种安全的方式(数据无丢失)将当前master节点和其中一个slave节点(执行cluster-failover的节点)交换角色

其流程如下:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第15张图片

这种failover命令可以指定三种模式:

  • 缺省:默认的流程,如图1~6歩
  • force:省略了对offset的一致性校验
  • takeover:直接执行第5歩,忽略数据一致性、忽略master状态和其它master的意见

案例需求:在7002这个slave节点执行手动故障转移,重新夺回master地位

步骤如下:

1)利用redis-cli连接7002这个节点

2)执行cluster failover命令

如图:

分布式缓存 --redis -- 大量数据储存及写(分片集群)_第16张图片

RedisTemplate访问分片集群

RedisTemplate底层同样基于lettuce实现了分片集群的支持,而使用的步骤与哨兵模式基本一致:

1)引入redis的starter依赖

2)配置分片集群地址

3)配置读写分离

与哨兵模式相比,其中只有分片集群的配置方式略有差异,如下:

spring:
  redis:
    cluster:
      nodes:
        - 192.168.85.143:7001
        - 192.168.85.143:7002
        - 192.168.85.143:7003
        - 192.168.85.143:7004
        - 192.168.85.143:7005
        - 192.168.85.143:7006

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