redis集群设计方案及原理(5)


2. 故障转移
  集群只实现了主节点的故障转移;从节点故障时只会被下线,不会进行故障转移。因此,使用集群时,应谨慎使用读写分离技术,因为从节点故障会导致读服务不可用,可用性变差。
这里不再详细介绍故障转移的细节,只对重要事项进行说明:
节点数量:在故障转移阶段,需要由主节点投票选出哪个从节点成为新的主节点;从节点选举胜出需要的票数为N/2+1;其中N为主节点数量(包括故障主节点),但故障主节点实际上不能投票。因此为了能够在故障发生时顺利选出从节点,集群中至少需要3个主节点(且部署在不同的物理机上)。
  故障转移时间:从主节点故障发生到完成转移,所需要的时间主要消耗在主观下线识别、主观下线传播、选举延迟等几个环节;具体时间与参数cluster-node-timeout有关,一般来说:
故障转移时间(毫秒) ≤ 1.5 * cluster-node-timeout + 1000
  cluster-node-timeout的默认值为15000ms(15s),因此故障转移时间会在20s量级


3. 集群的限制及应对方法
  由于集群中的数据分布在不同节点中,导致一些功能受限,包括:
  (1)key批量操作受限:例如mget、mset操作,只有当操作的key都位于一个槽时,才能进行。针对该问题,一种思路是在客户端记录槽与key的信息,每次针对特定槽执行mget/mset;另外一种思路是使用Hash Tag,将在下一小节介绍。
  (2)keys/flushall等操作:keys/flushall等操作可以在任一节点执行,但是结果只针对当前节点,例如keys操作只返回当前节点的所有键。针对该问题,可以在客户端使用cluster nodes获取所有节点信息,并对其中的所有主节点执行keys/flushall等操作。
  (3)事务/Lua脚本:集群支持事务及Lua脚本,但前提条件是所涉及的key必须在同一个节点。Hash Tag可以解决该问题。
  (4)数据库:单机Redis节点可以支持16个数据库,集群模式下只支持一个,即db0。
  (5)复制结构:只支持一层复制结构,不支持嵌套。


4. Hash Tag
Hash Tag原理是:当一个key包含 {} 的时候,不对整个key做hash,而仅对 {} 包括的字符串做hash。
Hash Tag可以让不同的key拥有相同的hash值,从而分配在同一个槽里;这样针对不同key的批量操作(mget/mset等),以及事务、Lua脚本等都可以支持。不过Hash Tag可能会带来数据分配不均的问题,这时需要:(1)调整不同节点中槽的数量,使数据分布尽量均匀;(2)避免对热点数据使用Hash Tag,导致请求分布不均。

下面是使用Hash Tag的一个例子;通过对product加Hash Tag,可以将所有产品信息放到同一个槽中,便于操作。

redis集群设计方案及原理

5. 参数优化
  cluster_node_timeout
  cluster_node_timeout参数在前面已经初步介绍;它的默认值是15s,影响包括:
  (1)影响PING消息接收节点的选择:值越大对延迟容忍度越高,选择的接收节点越少,可以降低带宽,但会降低收敛速度;应根据带宽情况和应用要求进行调整。
  (2)影响故障转移的判定和时间:值越大,越不容易误判,但完成转移消耗时间越长;应根据网络状况和应用要求进行调整。
  cluster-require-full-coverage
  前面提到,只有当16384个槽全部分配完毕时,集群才能上线。这样做是为了保证集群的完整性,但同时也带来了新的问题:当主节点发生故障而故障转移尚未完成,原主节点中的槽不在任何节点中,此时会集群处于下线状态,无法响应客户端的请求。
  cluster-require-full-coverage参数可以改变这一设定:如果设置为no,则当槽没有完全分配时,集群仍可以上线。参数默认值为yes,如果应用对可用性要求较高,可以修改为no,但需要自己保证槽全部分配。


6. redis-trib.rb
  redis-trib.rb提供了众多实用工具:创建集群、增减节点、槽迁移、检查完整性、数据重新平衡等;通过help命令可以查看详细信息。在实践中如果能使用redis-trib.rb工具则尽量使用,不但方便快捷,还可以大大降低出错概率。

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