redis分布式缓存实现

1. 细说分布式redis

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细说分布式Redis架构设计和踩过的那些坑

作者:课课家教育2015-12-14 10:15:25

摘要：本文章主要分成五个步骤内容讲解
Redis、RedisCluster和Codis;
我们更爱一致性;
Codis在生产环境中的使用的经验和坑们;
对于分布式数据库和分布式架构的一些看法;
Q & A环节。
Codis是一个分布式Redis解决方案，与官方的纯P2P的模式不同，Codis采用的是Proxy-based的方案。今天我们介绍一下Codis及下一个大版本RebornDB的设计，同时会介绍一些Codis在实际应用场景中的tips。最后抛砖引玉，会介绍一下我对分布式存储的一些观点和看法，望各位首席们雅正。

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一、 Redis，RedisCluster和Codis
Redis：想必大家的架构中，Redis已经是一个必不可少的部件，丰富的数据结构和超高的性能以及简单的协议，让Redis能够很好的作为数据库的上游缓存层。但是我们会比较担心Redis的单点问题，单点Redis容量大小总受限于内存，在业务对性能要求比较高的情况下，理想情况下我们希望所有的数据都能在内存里面，不要打到数据库上，所以很自然的就会寻求其他方案。 比如，SSD将内存换成了磁盘，以换取更大的容量。更自然的想法是将Redis变成一个可以水平扩展的分布式缓存服务，在Codis之前，业界只有Twemproxy，但是Twemproxy本身是一个静态的分布式Redis方案，进行扩容/缩容时候对运维要求非常高，而且很难做到平滑的扩缩容。Codis的目标其实就是尽量兼容Twemproxy的基础上，加上数据迁移的功能以实现扩容和缩容，最终替换Twemproxy。从豌豆荚最后上线的结果来看，最后完全替换了Twem，大概2T左右的内存集群。
Redis Cluster ：与Codis同期发布正式版的官方cl

2. SpringBoot整合SpringSeesion实现Redis缓存

使用Spring Boot开发项目时我们经常需要存储Session，因为Session中会存一些用户信息或者登录信息。传统的web服务是将session存储在内存中的，一旦服务挂了，session也就消失了，这时候我们就需要将session存储起来，而Redis就是用来缓存seesion的一种非关系型数据库，我们可以通过配置或者注解的方式将Spring Boot和Redis整合。而在分布式系统中又会涉及到session共享的问题，多个服务同时部署时session需要共享，Spring Session可以帮助我们实现这一功能。将Spring Session集成到Spring Boot框架中并使用Redis进行缓存是目前非常流行的解决方案，接下来就跟着我一起学习吧。

工具/材料

IntelliJ IDEA

首先我们创建一个Spring Boot 2.x的项目，在application.properties配置文件中添加Redis的配置，Spring和Redis的整合可以参考我其他的文章，此处不再详解。我们设置服务端口server.port为8080端口用于启动第一个服务。

接下来我们需要在pom文件中添加spring-boot-starter-data-redis和spring-session-data-redis这两个依赖，spring-boot-starter-data-redis用于整合Spring Boot和Redis，spring-session-data-redis集成了spring-session和spring-data-redis，提供了session与redis的整合方案。

接下来我们创建一个配置类RedisSessionConfig，这个类使用@Configuration注解表明这是一个配置类。在这个类上我们同时添加注解@EnableRedisHttpSession，表示开启Redis的Session管理。如果需要设置失效时间可以使用@EnableRedisHttpSession(maxInactiveIntervalInSeconds = 3600)表示一小时后失效。若同时需要设置Redis的命名空间则使用@EnableRedisHttpSession(maxInactiveIntervalInSeconds=3600, redisNamespace="{spring.session.redis.namespace}") ，其中{spring.session.redis.namespace}表示从配置文件中读取这个命名空间。

配置完成后我们写一个测试类SessionController，在这个类中我们写两个方法，一个方法用于往session中存数据，一个用于从session中取数据，代码如下图所示，我们存取请求的url。启动类非常简单，一般都是通用的，我们创建一个名为SpringbootApplication的启动类，使用main方法启动。

接下来我们使用Postman分别请求上面两个接口，先请求存数据接口，再请求取数据接口，结果如下图所示，我们可以看到数据已从redis中取出。另外需要注意sessionId的值，这是session共享的关键。

为了验证两个服务是否共享了session，我们修改项目的配置文件，将服务端口server.port改为8090，然后再启动服务。此时我们不必在请求存数据的接口，只需要修改请求端口号再一次请求取数据的接口即可。由下图可以看到两次请求的sessionId值相同，实现了session的共享。

以上我们完成了SpringBoot整合SpringSeesion实现Redis缓存的功能，在此我们还要推荐一个Redis的可视化工具RedisDesktopManager，我们可以配置Redis数据库的连接，然后便可以非常直观地查看到存储到Redis中的session了，如下图所示，session的命名空间是share，正是从配置文件中读取到的。

特别提示

如果Redis服务器是很多项目共用的，非常建议配置命名空间，否则同时打开多个项目的浏览器页面可能会导致session错乱的现象。

3. redis是怎么实现的

第一：Redis 是什么？

Redis是基于内存、可持久化的日志型、Key-Value数据库 高性能存储系统，并提供多种语言的API.

第二：出现背景

• 数据结构(Data Structure)需求越来越多, 但memcache中没有, 影响开发效率

• 性能需求, 随着读操作的量的上升需要解决，经历的过程有:
  数据库读写分离(M/S)–>数据库使用多个Slave–>增加Cache (memcache)–>转到Redis

• 解决写的问题：
  水平拆分，对表的拆分，将有的用户放在这个表，有的用户放在另外一个表；

• 可靠性需求
  Cache的"雪崩"问题让人纠结
  Cache面临着快速恢复的挑战

• 开发成本需求
  Cache和DB的一致性维护成本越来越高(先清理DB, 再清理缓存, 不行啊, 太慢了!)
  开发需要跟上不断涌入的产品需求
  硬件成本最贵的就是数据库层面的机器，基本上比前端的机器要贵几倍，主要是IO密集型，很耗硬件；

• 维护性复杂
  一致性维护成本越来越高；
  BerkeleyDB使用B树，会一直写新的，内部不会有文件重新组织；这样会导致文件越来越大；大的时候需要进行文件归档，归档的操作要定期做；
  这样，就需要有一定的down time；

基于以上考虑， 选择了Redis

第三：Redis 在新浪微博中的应用

Redis简介

1. 支持5种数据结构

支持strings, hashes, lists, sets, sorted sets
string是很好的存储方式，用来做计数存储。sets用于建立索引库非常棒；

2. K-V 存储 vs K-V 缓存

新浪微博目前使用的98%都是持久化的应用，2%的是缓存，用到了600+服务器
Redis中持久化的应用和非持久化的方式不会差别很大：
非持久化的为8-9万tps，那么持久化在7-8万tps左右；
当使用持久化时，需要考虑到持久化和写性能的配比，也就是要考虑redis使用的内存大小和硬盘写的速率的比例计算；

3. 社区活跃

Redis目前有3万多行代码, 代码写的精简，有很多巧妙的实现，作者有技术洁癖
Redis的社区活跃度很高，这是衡量开源软件质量的重要指标，开源软件的初期一般都没有商业技术服务支持，如果没有活跃社区做支撑，一旦发生问题都无处求救；

Redis基本原理

redis持久化(aof) append online file：
写log(aof), 到一定程度再和内存合并. 追加再追加, 顺序写磁盘, 对性能影响非常小

1. 单实例单进程

Redis使用的是单进程，所以在配置时，一个实例只会用到一个CPU；
在配置时，如果需要让CPU使用率最大化，可以配置Redis实例数对应CPU数, Redis实例数对应端口数(8核Cpu, 8个实例, 8个端口), 以提高并发:
单机测试时, 单条数据在200字节, 测试的结果为8~9万tps；

2. Replication

过程: 数据写到master–>master存储到slave的rdb中–>slave加载rdb到内存。
存储点(save point): 当网络中断了, 连上之后, 继续传.
Master-slave下第一次同步是全传，后面是增量同步；、

3. 数据一致性

长期运行后多个结点之间存在不一致的可能性；
开发两个工具程序：
1.对于数据量大的数据，会周期性的全量检查；
2.实时的检查增量数据，是否具有一致性；

对于主库未及时同步从库导致的不一致，称之为延时问题；
对于一致性要求不是那么严格的场景，我们只需要要保证最终一致性即可；
对于延时问题，需要根据业务场景特点分析，从应用层面增加策略来解决这个问题；
例如：
1.新注册的用户，必须先查询主库；
2.注册成功之后，需要等待3s之后跳转，后台此时就是在做数据同步。

第四：分布式缓存的架构设计

1.架构设计

由于redis是单点，项目中需要使用，必须自己实现分布式。基本架构图如下所示：



2.分布式实现

通过key做一致性哈希，实现key对应redis结点的分布。

一致性哈希的实现：

lhash值计算：通过支持MD5与MurmurHash两种计算方式，默认是采用MurmurHash，高效的hash计算.

l一致性的实现：通过java的TreeMap来模拟环状结构，实现均匀分布

3.client的选择

对于jedis修改的主要是分区模块的修改，使其支持了跟据BufferKey进行分区，跟据不同的redis结点信息，可以初始化不同的 ShardInfo，同时也修改了JedisPool的底层实现，使其连接pool池支持跟据key,value的构造方法，跟据不同 ShardInfos，创建不同的jedis连接客户端，达到分区的效果，供应用层调用

4.模块的说明

l脏数据处理模块，处理失败执行的缓存操作。

l屏蔽监控模块，对于jedis操作的异常监控，当某结点出现异常可控制redis结点的切除等操作。

整个分布式模块通过hornetq，来切除异常redis结点。对于新结点的增加，也可以通过reload方法实现增加。（此模块对于新增结点也可以很方便实现）

对于以上分布式架构的实现满足了项目的需求。另外使用中对于一些比较重要用途的缓存数据可以单独设置一些redis结点，设定特定的优先级。另外对 于缓存接口的设计，也可以跟据需求，实现基本接口与一些特殊逻辑接口。对于cas相关操作，以及一些事物操作可以通过其watch机制来实现。

声明：所有博客服务于分布式框架，作为框架的技术支持及说明，框架面向企业，是大型互联网分布式企业架构，后期会介绍linux上部署高可用集群项目。

4. 什么是分布式缓存

分布式缓存能够处理大量的动态数据，因此比较适合应用在Web 2.0时代中的社交网站等需要由用户生成内容的场景。从本地缓存扩展到分布式缓存后，关注重点从CPU、内存、缓存之间的数据传输速度差异也扩展到了业务系统、数据库、分布式缓存之间的数据传输速度差异。

常用的分布式缓存包括Redis和Memcached。

Memcached

Memcached是一个高性能的分布式内存对象缓存系统，用于动态Web应用以减轻数据库负载。Memcached通过在内存中缓存数据和对象来减少读取数据库的次数，从而提高动态、数据库驱动网站的速度。

特点：哈希方式存储；全内存操作；简单文本协议进行数据通信；只操作字符型数据；集群由应用进行控制，采用一致性哈希算法。

限制性：数据保存在内存当中的，一旦机器重启，数据会全部丢失；只能操作字符型数据，数据类型贫乏；以root权限运行，而且Memcached本身没有任何权限管理和认证功能，安全性不足；能存储的数据长度有限，最大键长250个字符，储存数据不能超过1M。

Redis

Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。

特点：

Redis支持的数据类型包括：字符串、string、hash、set、sortedset、list；Redis实现持久化的方式：定期将内存快照写入磁盘；写日志；Redis支持主从同步。

限制性：单核运行，在存储大数据的时候性能会有降低；不是全内存操作；主从复制是全量复制，对实际的系统运营造成了一定负担。

5. redis到底是个什么东西

1. 什么是Redis

Redis是由意大利人Salvatore Sanfilippo（网名：antirez）开发的一款内存高速缓存数据库。Redis全称为：Remote Dictionary Server（远程数据服务），该软件使用C语言编写，Redis是一个key-value存储系统，它支持丰富的数据类型，如：string、list、set、zset(sorted set)、hash。

2. Redis特点

Redis以内存作为数据存储介质，所以读写数据的效率极高，远远超过数据库。以设置和获取一个256字节字符串为例，它的读取速度可高达110000次/s，写速度高达81000次/s。

Redis跟memcache不同的是，储存在Redis中的数据是持久化的，断电或重启后，数据也不会丢失。因为Redis的存储分为内存存储、磁盘存储和log文件三部分，重启后，Redis可以从磁盘重新将数据加载到内存中，这些可以通过配置文件对其进行配置，正因为这样，Redis才能实现持久化。

Redis支持主从模式，可以配置集群，这样更利于支撑起大型的项目，这也是Redis的一大亮点。

3. Redis应用场景，它能做什么

众多语言都支持Redis，因为Redis交换数据快，所以在服务器中常用来存储一些需要频繁调取的数据，这样可以大大节省系统直接读取磁盘来获得数据的I/O开销，更重要的是可以极大提升速度。

拿大型网站来举个例子，比如a网站首页一天有100万人访问，其中有一个板块为推荐新闻。要是直接从数据库查询，那么一天就要多消耗100万次数据库请求。上面已经说过，Redis支持丰富的数据类型，所以这完全可以用Redis来完成，将这种热点数据存到Redis（内存）中，要用的时候，直接从内存取，极大的提高了速度和节约了服务器的开销。

总之，Redis的应用是非常广泛的，而且极有价值，真是服务器中的一件利器，所以从现在开始，我们就来一步步学好它。

6. 分布式缓存的作用

分布式缓存主要用于在高并发环境下，减轻数据库的压力，提高系统的响应速度和并发吞吐。当大量的读、写请求涌向数据库时，磁盘的处理速度与内存显然不在一个量级，因此，在数据库之前加一层缓存，能够显着提高系统的响应速度，并降低数据库的压力。作为传统的关系型数据库，Mysql提供完整的ACID操作，支持丰富的数据类型、强大的关联查询、where语句等，能够非常客易地建立查询索引，执行复杂的内连接、外连接、求和、排序、分组等操作，并且支持存储过程、函数等功能，产品成熟度高，功能强大。但是，对于需要应对高并发访问并且存储海量数据的场景来说，出于对性能的考虑，不得不放弃很多传统关系型数据库原本强大的功能，牺牲了系统的易用性，并且使得系统的设计和管理变得更为复杂。这也使得在过去几年中，流行着另一种新的存储解决方案——NoSQL，它与传统的关系型数据库最大的差别在于，它不使用SQL作为查询语言来查找数据，而采用key-value形式进行查找，提供了更高的查询效率及吞吐，并且能够更加方便地进行扩展，存储海量数据，在数千个节点上进行分区，自动进行数据的复制和备份。在分布式系统中，消息作为应用间通信的一种方式，得到了十分广泛的应用。消息可以被保存在队列中，直到被接收者取出，由于消息发送者不需要同步等待消息接收者的响应，消息的异步接收降低了系统集成的耦合度，提升了分布式系统协作的效率，使得系统能够更快地响应用户，提供更高的吞吐。
当系统处于峰值压力时，分布式消息队列还能够作为缓冲，削峰填谷，缓解集群的压力，避免整个系统被压垮。垂直化的搜索引擎在分布式系统中是一个非常重要的角色，它既能够满足用户对于全文检索、模糊匹配的需求，解决数据库like查询效率低下的问题，又能够解决分布式环境下，由于采用分库分表，或者使用NoSQL数据库，导致无法进行多表关联或者进行复杂查询的问题。

7. Redis怎么实现分布式锁

阿粉最近迷上了 Redis，为什么呢？感觉 Redis 确实功能很强大呀，一个基于内存的系统 Key-Value 存储的数据库，竟然有这么多的功能，而阿粉也要实实在在地把 Redis 来弄一下，毕竟面试的时候，Redis 可以说是一个非常不错的加分项。

为什么需要分布式锁？

目前很多的大型项目全部都是基于分布式的，而分布式场景中的数据一致性问题一直是一个不可忽视的问题，大家知道关于分布式的 CAP 理论么？

CAP 理论就是说任何一个分布式系统都无法同时满足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance），最多只能同时满足两项。

而我们的系统最终满足的永远都是最终一致性，而这种最终一致性，有些时候有人会喜欢问关于分布式事务，而有些人则偏重在分布式锁上。

但是阿粉选择的就是使用缓存来实现分布式锁，也就是我们在项目中最经常使用的 Redis ，谈到 Redis，那真是可以用在太多地方了，比如说：

我们今天就来实现用 Redis 来实现分布式锁，并且要学会怎么使用。

1.准备使用 Jedis 的 jar 包，在项目中导入 jar 包。

jedis.set(lockKey, requestId, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime); 这个加锁的姿势才是我们最需要了解的，不然你用的时候都不知道怎么使用。

key：加锁的键，实际上就是相当于一个唯一的标志位，不同的业务，你可以使用不同的标志位进行加锁。

requestId：这个东西实际上就是用来标识他是哪一个请求进行的加锁，因为在分布式锁中，我们要知道一件事，就是加锁的和解锁的，必须是同一个客户端才可以。

而且还有一种比较经典的就是 B 把 A 的锁给释放了，导致释放混乱，如果你不加相同的请求，A 线程处理业务，执行了加锁，锁的过期时间是5s, B线程尝试获取锁，如果 A 处理业务时间超过5s，这时候 A 就要开始释放锁，而B在这时候没有检测到这个锁，从而进行了加锁，这时候加锁的时候，A还没处理完对应业务，当他处理完了之后，再释放锁的话，要是就是直接把 B 刚加的锁释放了，要么就是压根都没办法释放锁。

SET_IF_NOT_EXIST：看字面意思，如果 key 不存在，我们进行Set操作，如果存在，啥都不干，也就不在进行加锁。

SET_WITH_EXPIRE_TIME：是否过期

expireTime：这是给 key 设置一个过期的时间，万一你这业务一直被锁着了，然后之后的业务想加锁，你直接给一直持有这个这个锁，不进行过期之后的释放，那岂不是要凉了。

上面的方法中 tryGetDistributedLock 这个方法也就是我们通常使用的加锁的方法。

大家看到这个 script 的时候，会感觉有点奇怪，实际上他就是一个 Lua 的脚本，而 Lua 脚本的意思也比较简单。

其实这时候就有些人说，直接 del 删除不行么？你试试你如果这么写的话，你们的领导会不会把你的腿给你打断。

这种不先判断锁的拥有者而直接解锁的方式，会导致任何客户端都可以随时进行解锁，也就是说，这锁就算不是我加的，我都能开，这怎么能行呢？

在这里给大家放一段使用的代码，比较简单,但是可以直接用到你们的项目当中

我们先把这个实现方式实现了，然后我们再来说说大家最不愿意看的理论知识，毕竟这理论知识是你面试的时候经常会被问到的。

分布式CAP理论：

加州大学伯克利分校的 Eric Brewer 教授在 ACM PODC 会议上提出 CAP 猜想。2年后，麻省理工学院的 Seth Gilbert 和 Nancy Lynch 从理论上证明了 CAP。之后，CAP 理论正式成为分布式计算领域的公认定理。

也就是说，在二十年前的时候，CAP 理论只是个猜想。结果两年之后被证实了，于是，大家在考虑分布式的时候，就有根据来想了，不再是空想了。

什么是分布式的 CAP 理论 ？

一个分布式系统最多只能同时满足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance）这三项中的两项

这个和(Atomicity)不太一样，因为之前看有些人说，在 CAP 理论中的 A 和数据库事务中的 A 是一样的，单词都不一样，那能一样么？

Availability ：分布式中的 A 表示的是可用性，也就是说服务一直可用，而且是正常响应时间。

而你在搭建分布式系统的时候，要保证每个节点都是稳定的，不然你的可用性就没有得到相对应的保证，也谈不上是什么分布式了。只能称之为一个伪分布式。

Consistency： 一致性

也就是说你的更新操作成功并返回客户端完成后，所有节点在同一时间的数据完全一致，这个如果你在使用 Redis 做数据展示的时候，很多面试官都会问你，那你们是怎么保证数据库和缓存的一致性的呢？

毕竟你只是读取的话，没什么问题，但是设计到更新的时候，不管是先写数据库，再删除缓存；还是先删除缓存，再写库，都有可能出现数据不一致的情况。

所以如果你对这个很感兴趣，可以研究一下，比如说：

如果你能在面试的时候把这些都给面试官说清楚，至少感觉你应该能达到你自己的工资要求。

Partition tolerance:分区容错性

分布式系统在遇到某节点或网络分区故障的时候，仍然能够对外提供满足一致性和可用性的服务。

其实在 CAP 理论当中，我们是没有办法同时满足一致性、可用性和分区容错性这三个特性，所以有所取舍就可以了。

关于使用 Redis 分布式锁，大家学会了么？

8. Redis是什么，用来做什么

Redis是一个nosql数据库，可以存储key-value值。因为其底层实现中，数据读写是基于内存，速度非常快，所以常用于缓存；进而因其为独立部署的中间件，常用于分布式缓存的实现方案。

常用场景有：缓存、秒杀控制、分布式锁。

虽然其是基于内存读写，但底层也有持久化机制；同时具备集群模式；不用担心其可用性。

关于Redis的使用，可以参考《Redis的使用方法、常见应用场景》

9. Redis分布式缓存搭建

花了两天时间整理了之前记录的Redis单体与哨兵模式的搭建与使用，又补齐了集群模式的使用和搭建经验，并对集群的一些个原理做了理解。

笔者安装中遇到的一些问题：

如果make报错，可能是没装gcc或者gcc++编辑器，安装之 yum -y install gcc gcc-c++ kernel-devel ，有可能还是提示一些个c文件编译不过，gcc -v查看下版本，如果不到5.3那么升级一下gcc：

在 /etc/profile 追加一行 source /opt/rh/devtoolset-9/enable

scl enable devtoolset-9 bash

重新make clean, make

这回编译通过了，提示让你最好make test一下/

执行make test ，如果提示 You need tcl 8.5 or newer in order to run the Redis test

那就升级tcl， yum install tcl

重新make test，如果还有error就删了目录，重新tar包解压重新make , make test

o/ All tests passed without errors! ，表示编译成功。

然后make install即可。

直接运行命令： ./redis-server /usr/redis-6.0.3/redis.conf &

redis.conf 配置文件里 bind 0.0.0.0 设置外部访问， requirepass xxxx 设置密码。

redis高可用方案有两种：

常用搭建方案为1主1从或1主2从+3哨兵监控主节点， 以及3主3从6节点集群。

（1）sentinel哨兵

/usr/redis-6.0.3/src/redis-sentinel /usr/redis-6.0.3/sentinel2.conf &

sentinel2.conf配置：

坑1：master节点也会在故障转移后成为从节点，也需要配置masterauth

当kill master进程之后，经过sentinel选举，slave成为了新的master，再次启动原master，提示如下错误：

原因是此时的master再次启动已经是slave了，需要向现在的新master输入密码，所以需要在master.conf
中配置：

坑2：哨兵配置文件要暴露客户端可以访问到的master地址

在 sentinel.conf 配置文件的 sentinel monitor mymaster 122.xx.xxx.xxx 6379 2 中，配置该哨兵对应的master名字、master地址和端口，以及达到多少个哨兵选举通过认为master挂掉。其中master地址要站在redis访问者（也就是客户端）的角度、配置访问者能访问的地址，例如sentinel与master在一台服务器（122.xx.xxx.xxx）上，那么相对sentinel其master在本机也就是127.0.0.1上，这样 sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2 逻辑上没有问题，但是如果另外服务器上的springboot通过lettuce访问这个redis哨兵，则得到的master地址为127.0.0.1，也就是springboot所在服务器本机，这显然就有问题了。

附springboot2.1 redis哨兵配置：

坑3：要注意配置文件.conf会被哨兵修改

redis-cli -h localhost -p 26379 ，可以登到sentinel上用info命令查看一下哨兵的信息。

曾经遇到过这样一个问题，大致的信息如下

slaves莫名其妙多了一个，master的地址也明明改了真实对外的地址，这里又变成127.0.0.1 !
最后，把5个redis进程都停掉，逐个检查配置文件，发现redis的配置文件在主从哨兵模式会被修改，master的配置文件最后边莫名其妙多了一行replicaof 127.0.0.1 7001， 怀疑应该是之前配置错误的时候（见坑2）被哨兵动态加上去的！ 总之，实践中一定要多注意配置文件的变化。

（2）集群

当数据量大到一定程度，比如几十上百G，哨兵模式不够用了需要做水平拆分，早些年是使用codis，twemproxy这些第三方中间件来做分片的，即 客户端 -> 中间件 -> Redis server 这样的模式，中间件使用一致性Hash算法来确定key在哪个分片上。后来Redis官方提供了方案，大家就都采用官方的Redis Cluster方案了。

Redis Cluster从逻辑上分16384个hash slot，分片算法是 CRC16(key) mod 16384 得到key应该对应哪个slot，据此判断这个slot属于哪个节点。

每个节点可以设置1或多个从节点，常用的是3主节点3从节点的方案。

reshard，重新分片，可以指定从哪几个节点移动一些hash槽到另一个节点去。重新分片的过程对客户端透明，不影响线上业务。

搭建Redis cluster

redis.conf文件关键的几个配置：

启动6个集群节点

[root@VM_0_11_centos redis-6.0.3]# ps -ef|grep redis
root 5508 1 0 21:25 ? 00:00:00 /usr/redis-6.0.3/src/redis-server 0.0.0.0:7001 [cluster]
root 6903 1 0 21:32 ? 00:00:00 /usr/redis-6.0.3/src/redis-server 0.0.0.0:7002 [cluster]
root 6939 1 0 21:33 ? 00:00:00 /usr/redis-6.0.3/src/redis-server 0.0.0.0:7003 [cluster]
root 6966 1 0 21:33 ? 00:00:00 /usr/redis-6.0.3/src/redis-server 0.0.0.0:7004 [cluster]
root 6993 1 0 21:33 ? 00:00:00 /usr/redis-6.0.3/src/redis-server 0.0.0.0:7005 [cluster]
root 7015 1 0 21:33 ? 00:00:00 /usr/redis-6.0.3/src/redis-server 0.0.0.0:7006 [cluster]

这时候这6个节点还是独立的，要把他们配置成集群：

说明： -a xxxx 是因为笔者在redis.conf中配置了requirepass xxxx密码，然后 --cluster-replicas 1 中的1表示每个master节点有1个从节点。

上述命令执行完以后会有一个询问： Can I set the above configuration? yes同意自动做好的分片即可。

最后 All 16384 slots covered. 表示集群中16384个slot中的每一个都有至少有1个master节点在处理，集群启动成功。

查看集群状态：

坑1：暴露给客户端的节点地址不对

使用lettuce连接发现连不上，查看日志 Connection refused: no further information: /127.0.0.1:7002 ，跟之前哨兵配置文件sentinel.conf里边配置master地址犯的错误一样，集群启动的时候带的地址应该是提供给客户端访问的地址。

我们要重建集群：先把6个redis进程停掉，然后删除 nodes-7001.conf 这些节点配置文件，删除持久化文件 mp.rdb 、 appendonly.aof ，重新启动6个进程，在重新建立集群：

然后，还是连不上，这次报错 connection timed out: /172.xx.0.xx:7004 ，发现连到企鹅云服务器的内网地址上了！

解决办法，修改每个节点的redis.conf配置文件，找到如下说明：

所以增加配置：

然后再重新构建集群，停进程、改配置、删除节点文件和持久化文件、启动进程、配置集群。。。再来一套（累死了）

重新使用Lettuce测试，这次终于连上了！

坑2：Lettuce客户端在master节点故障时没有自动切换到从节点

name这个key在7002上，kill这个进程模拟master下线，然后Lettuce一直重连。我们期望的是应该能自动切换到其slave 7006上去，如下图：

重新启动7002进程，

7006已成为新master，7002成为它的slave，然后Lettuce也能连接上了。
解决办法，修改Lettuce的配置：

笔者用的是springboot 2.1 spring-boot-starter-data-redis 默认的Lettuce客户端，当使用Redis cluster集群模式时，需要配置一下 RedisConnectionFactory 开启自适应刷新来做故障转移时的自动切换从节点进行连接。

重新测试：停掉master 7006，这次Lettuce可以正常切换连到7002slave上去了。（仍然会不断的在日志里报连接错误，因为需要一直尝试重连7006，但因为有7002从节点顶上了、所以应用是可以正常使用的）

Redis不保证数据的强一致性

Redis并不保证数据的强一致性，也就是取CAP定理中的AP

关于一致性Hash算法，可以参考 一致性Hash算法 - (jianshu.com)

Redis cluster使用的是hash slot算法，跟一致性Hash算法不太一样，固定16384个hash槽，然后计算key落在哪个slot里边（计算key的CRC16值再对16384取模），key找的是slot而不是节点，而slot与节点的对应关系可以通过reshard改变并通过gossip协议扩散到集群中的每一个节点、进而可以为客户端获知，这样key的节点寻址就跟具体的节点个数没关系了。也同样解决了普通hash取模算法当节点个数发生变化时，大量key对应的寻址都发生改动导致缓存失效的问题。

比如集群增加了1个节点，这时候如果不做任何操作，那么新增加的这个节点上是没有slot的，所有slot都在原来的节点上且对应关系不变、所以没有因为节点个数变动而缓存失效，当reshard一部分slot到新节点后，客户端获取到新迁移的这部分slot与新节点的对应关系、寻址到新节点，而没迁移的slot仍然寻址到原来的节点。

关于热迁移，猜想，内部应该是先做复制迁移，等迁移完了，再切换slot与节点的对应关系，复制没有完成之前仍按照原来的slot与节点对应关系去原节点访问。复制结束之后，再删除原节点上已经迁移的slot所对应的key。

与哨兵模式比较类似，当1个节点发现某个master节点故障了、会对这个故障节点进行pfail主观宕机，然后会通过gossip协议通知到集群中的其他节点、其他节点也执行判断pfail并gossip扩散广播这一过程，当超过半数节点pfail时那么故障节点就是fail客观宕机。接下来所有的master节点会在故障节点的从节点中选出一个新的主节点，此时所有的master节点中超过半数的都投票选举了故障节点的某个从节点，那么这个从节点当选新的master节点。

所有节点都持有元数据，节点之间通过gossip这种二进制协议进行通信、发送自己的元数据信息给其他节点、故障检测、集群配置更新、故障转移授权等等。

这种去中心化的分布式节点之间内部协调，包括故障识别、故障转移、选主等等，核心在于gossip扩散协议，能够支撑这样的广播协议在于所有的节点都持有一份完整的集群元数据，即所有的节点都知悉当前集群全局的情况。

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