最通俗易懂的 Redis 架构模式详解 (3)

在正常情况下,每个 Sentinel 会以每 10 秒一次的频率向它已知的所有 Master,Slave 发送 INFO 命令;当 Master 被 Sentinel 标记为客观下线时,Sentinel 向已下线的 Master 的所有 Slave 发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次;

若没有足够数量的 Sentinel 同意 Master 已经下线,Master 的客观下线状态就会被移除。若 Master 重新向 Sentinel 的 PING 命令返回有效回复,Master 的主观下线状态就会被移除。

  

优点

  

哨兵模式是基于主从模式的,所有主从的优点,哨兵模式都有;

主从可以自动切换,系统更健壮,可用性更高;

Sentinel 会不断地检查你的主服务器和从服务器是否运作正常。当被监控的某个 Redis 服务器出现问题时, Sentinel 可以通过 API 向管理员或者其他应用程序发送通知。

  

缺点

  

主从切换需要时间,会丢失数据;

还是没有解决主节点写的压力;

主节点的写能力,存储能力受到单机的限制;

动态扩容困难复杂,对于集群,容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。

  

集群模式

  

  假设上千万、上亿用户同时访问 Redis,QPS 达到 10 万+。这些请求过来,单机 Redis 直接就挂了。系统的瓶颈就出现在 Redis 单机问题上,此时我们可以通过主从复制解决该问题,实现系统的高并发。

  主从模式中,当主节点宕机之后,从节点是可以作为主节点顶上来继续提供服务,但是需要修改应用方的主节点地址,还需要命令所有从节点去复制新的主节点,整个过程需要人工干预。于是,在 Redis 2.8 版本开始,引入了哨兵(Sentinel)这个概念,在主从复制的基础上,哨兵实现了自动化故障恢复

  哨兵模式中,单个节点的写能力,存储能力受到单机的限制,动态扩容困难复杂。于是,Redis 3.0 版本正式推出 Redis Cluster 集群模式,有效地解决了 Redis 分布式方面的需求。Redis Cluster 集群模式具有高可用可扩展性分布式容错等特性。

  

最通俗易懂的 Redis 架构模式详解

  

  Redis Cluster 采用无中心结构,每个节点都可以保存数据和整个集群状态,每个节点都和其他所有节点连接。Cluster 一般由多个节点组成,节点数量至少为 6 个才能保证组成完整高可用的集群,其中三个为主节点,三个为从节点。三个主节点会分配槽,处理客户端的命令请求,而从节点可用在主节点故障后,顶替主节点。

  如上图所示,该集群中包含 6 个 Redis 节点,3 主 3 从,分别为 M1,M2,M3,S1,S2,S3。除了主从 Redis 节点之间进行数据复制外,所有 Redis 节点之间采用 Gossip 协议进行通信,交换维护节点元数据信息。

  总结下来就是:读请求分配给 Slave 节点,写请求分配给 Master,数据同步从 Master 到 Slave 节点。

  

分片

  

  单机、主从、哨兵的模式数据都是存储在一个节点上,其他节点进行数据的复制。而单个节点存储是存在上限的,集群模式就是把数据进行分片存储,当一个分片数据达到上限的时候,还可以分成多个分片。

  Redis Cluster 采用虚拟哈希槽分区,所有的键根据哈希函数映射到 0 ~ 16383 整数槽内,计算公式:HASH_SLOT = CRC16(key) % 16384。每一个节点负责维护一部分槽以及槽所映射的键值数据。

最通俗易懂的 Redis 架构模式详解

  Redis Cluster 提供了灵活的节点扩容和缩容方案。在不影响集群对外服务的情况下,可以为集群添加节点进行扩容也可以下线部分节点进行缩容。可以说,槽是 Redis Cluster 管理数据的基本单位,集群伸缩就是槽和数据在节点之间的移动。

  简单的理解就是:扩容或缩容以后,槽需要重新分配,数据也需要重新迁移,但是服务不需要下线。

  

  假如,这里有 3 个节点的集群环境如下:

节点 A 哈希槽范围为 0 ~ 5500;

节点 B 哈希槽范围为 5501 ~ 11000;

节点 C 哈希槽范围为 11001 ~ 16383。

  此时,我们如果要存储数据,按照 Redis Cluster 哈希槽的算法,假设结果是: CRC16(key) % 16384 = 6782。 那么就会把这个 key 的存储分配到 B 节点。此时连接 A、B、C 任何一个节点获取 key,都会这样计算,最终通过 B 节点获取数据。

  假如这时我们新增一个节点 D,Redis Cluster 会从各个节点中拿取一部分 Slot 到 D 上,比如会变成这样:

节点 A 哈希槽范围为 1266 ~ 5500;

节点 B 哈希槽范围为 6827 ~ 11000;

节点 C 哈希槽范围为 12288 ~ 16383;

节点 D 哈希槽范围为 0 ~ 1265,5501 ~ 6826,11001 ~ 12287

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