面试官：介绍一下 Redis 三种集群模式
小码今天去面试。
面试官：给我介绍一下Redis集群，
小码：啊，平时开发用的都是单机Redis，没怎么用过集群了。
面试官：好的，出门右转不谢。
小码内心困惑：在小公司业务量也不大，单机的 Redis 完全够用，也不会发生宕机问题啊。面试要问到 Redis 集群该怎么办呢？
Redis 为何要有集群
很多小伙伴也有类似的困惑，自己的公司并不大。并发量、访问量要求不高，使用单机 Redis 就能很好的解决数据请求的问题。为啥要使用集群呢？
对于访问量小、并发低的系统，对数据的高可用要求不高的数据，单机部署都能满足需求。但是在大公司，随便一个系统的QPS都是成千上万，对系统的高可用、高并发要求比较高，这个时候就需要要使用Redis集群模式了，Redis有三种集群模式：
主从复制模式
哨兵模式
Cluster 模式
主从复制模式
Redis想要不丢失数据，就需要开始持久化，数据会写入到磁盘中，这样即使服务关闭再重启服务器后，数据也能从硬盘加载到内存中。但是如果服务器的硬盘出现故障，也会导致数据丢失。
为了避免硬盘故障问题，需要将数据复制的多个副本上，这样即使一个服务出现故障，其他服务器也能提供数据服务。
Redis提供了主从模式，一个主数据库master绑定多个从数据库slave：
主数据可以读和写，从数据库一般是只读，主从库之间采用读写分离，主数据库数据更新后同步复制给绑定的从数据库，主从数据库的数据保持一致：
数据主从同步原理
从数据库启动后，连接主数据库，发送
SYNC命令。主数据库接收到 SYNC 命令后，开始执行
BGSAVE命令生成RDB文件并使用缓冲区记录后面执行的所有写命令。主数据库执行完
BGSAVE命令之后，向所有从数据库发送RDB文件。从数据库加载RDB文件。主数据将记录的缓存区所有的写命令发送给从数据库，从数据库执行命令。
SYNC每次从服务重启，都会请求所以的数据。如果服务宕机再重启还是同步所有的数据，就会造成资源的浪费，所以有了PSYNC命令，PSYNC有完整同步和部分同步，其中完整同步和SYNC一致，而部分同步是根据数据偏移量复制数据。
主从复制服务搭建
Redis单机搭建可以查看前面写的的教程
首先创建三个文件夹6380、6381、6382：
复制redis.conf到这三个文件夹里：
配置一主两从，6380为主，6381、6382为从。然后修改redis.conf 文件:
设置了requirepass，就需要设置masterauth，三台服务器的密码需要一致。
启动服务器：
然后查看进程,如果有以下的显示，说明启动成功了：
进入Redis客户端，使用info replication命令查看数据库的信息。
master 6380:
role:master表示 6380 是主服务器，slave0和salve1表示绑定的从服务器。
slave 6381:
role:slave表示 6381 是从服务器，master_host和master_port表示绑定对应的主服务器。
slave 6382:
role:slave表示 6382 是从服务器，master_host和master_port表示绑定对应的主服务器。
主服务器添加数据，再从从服务器获取数据。
6380服务器添加数据：
6381服务器获取数据：
经过以上测试，说明主服务器的数据，从服务器也能同步获取。主从服务都搭建成功。
主从模式的优缺点
优点
主从模式搭建多个服务器，即使单个服务宕机，还能继续服务。
读数据压力分解到多个服务器下，大大缓解服务器的压力。
缺点
主数据库宕机了，宕机后的数据无法同步到从从数据库，导致数据库不一致。
主数据库宕机了，无法自动生成新的主机，新的读请求也无法处理。
每个服务器都保存相同的信息，比较浪费内存。
因为这些问题，
Spring Boot也不支持集成Redis主从模式。
主从模式最大的问题就是无法处理主数据库宕机问题，也就无法保证
Redis的高可用性。这就需要有一个自动的机制处理主数据库宕机问题，这就延伸出下面的模式 —— 哨兵模式。
哨兵模式
当主数据库挂了之后，需要手动设置新的主数据库，其他从数据库都需要重新设置新的主数据。手动切换的成本比较大，还会导致一段时间的服务不可用。这就需要讲上面的手动设置改成自动设置，也就是使用哨兵来配置。
哨兵Redis的高可用解决方案，哨兵监控Redis主服务器和绑定的从服务器，如果主服务器宕机了，自动将某个从服务器升级为新的服务器，然后发送通知给其他从服务器。
哨兵基本原理
哨兵是一个独立的进程，和 Redis 一样，它也运行一个实例。主要有三个任务：
监控: 周期给所有的主从数据库发送
PING命令，检查主从数据库运行是否正常，在设置down-after-milliseconds毫秒，没有服务响应，就会标记主观下线，当其他哨兵也判断主观下线，判断主观下线的数量达到设置的值后，哨兵之间会进行投票，投票同意后，进行数据库升级。自动切换主从数据库： 当上面的投票同意后，会根据一定的规则选取一个从服务器升级成主服务器。更新
redis.conf配置文件。通知：完成主服务器升级之后，哨兵通过发布订阅会把新主数据库的连接信息发送给其他从数据库，修改对应配置文件的
replicaof命令，和新数据库建立连接，并进行数据复制。
哨兵服务搭建
在上面的主从模式的基础上添加哨兵，首先从解压文件夹复制sentinel.conf到usr/local/redis文件夹中：
修改sentinel.conf文件,需要修改的部分：
daemonize no改成daemonize yeslogfile ""改成logfile "redis_26379.log"添加
sentinel monitor <master-name> <ip> <redis-port> <quorum>，设置成sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6382 1ip主数据库 IPredis-port主数据库端口quorum主从切换需要达到主动下线个数如果数据库有密码，添加
sentinel auth-pass mymaster 123456，表示验证密码mymaster哨兵的名称，需要唯一123456数据库密码，所有主从数据库密码需要设置成一致。
启动服务器：
查看logfile启动日志：
看最后标记的三行，表明哨兵分别监控了主数据库
6380、两个从数据库6381、6382。有上面的日志输出表明哨兵已经成功启动。
模拟主从切换
使用SHUTDOWN命令关闭6380主数据库服务：
通过ps -ef |grep redis查看6380已经关闭:
查看哨兵日志logfile：
表明主服务器从
6380成功切换到了6382，sentinel.conf配置文件也修改了主从数据库配置。如果没有切换成功，日志报错-failover-abort-no-good-slave，可能是没有设置验证密码sentinel auth-pass。
哨兵模式的优缺点
优点
哨兵模式是基于主从模式，主从模式的优点，哨兵模式都有。
哨兵模式使用独立进程监控服务，自动切换宕机数据库，保障服务的高可用。
缺点
受限于单个服务器，很难实现单节点在线扩容。
每个服务器都保存相同的信息，比较浪费内存。
Cluster（官方推荐）集群
主从模式和哨兵模式数据库都存储了相同的数据，比较浪费内存。而且当数据量增加时，在单个数据库上很难实现在线扩容。Redis Cluster 将数据分布存储在不同的节点上，每个节点存储不同的数据。添加节点就能解决扩容问题。
Redis Cluster翻译就是Redis集群，Redis集群提供分布式解决方案，通过分片将数据拆分到不同的节点上，并提供复制和故障转移功能。使用了水平扩展的方法，将数据分发到不同的数据库中。
每个虚线圆都表示一个节点，每个节点都有一个主数据库和多个从数据库。任意两个节点都是相同的（三个节点画图容易误以为是一个环，四个节点容易理解），节点之间都共享数据。
分片集群原理
Redis分片集群，使用了一种类似于一致性哈希的分片技术——哈希槽，每个键都有一个哈希槽的值，Redis 集群有16384个哈希嘈，对键的CRC16取模16384计算出哈希槽，以此决定放置的哈希嘈的位置。
Redis集群中每个节点都负责一部分哈希嘈，比如，集群有三个节点，其中：
节点 A 包含 0 到 5460 号哈希槽
节点 B 包含 5461 到 10922 号哈希槽
节点 C 包含 10923 到 16383 号哈希槽
数据根据哈希嘈分配到不同的数据库中，实现数据的分片。这里添加或者减少一个节点就比较容易了。比如，我想添加一个新的节点D，需要将节点A、B、C一部分数据移动到节点D中。而删除一个节点A，就将原来A节点的数据分发到其它节点上。
Redis 集群主从模式
为了保证高可用，Redis Cluster也使用了主从模式。节点（上图虚线圆）宕机了，就无法提供继续数据服务了。当节点引入主从模式后，主服务宕机之后，从服务器升级成主服务。但是如果一个节点的所有主从服务服务都宕机了，该节点就无法提供数据服务了。
集群模式搭建
最小集群必须最少包含三个节点，这里部署使用三个主节点，三个从节点。一共有六个配置文件，端口分别是7001、7002、7003、7004、7005、7006。
复制redis.conf配置文件命名redis_7001.conf，修改以下字段：
其他五个文件分别复制redis_7001.conf文件，文件名分别是：
redis_7002.confredis_7003.confredis_7004.confredis_7005.confredis_7006.conf
根据文件名修改修改port、cluster-config-file、logfile三个属性,比如redis_7002.conf的配置修改以下字段：
其他配置文件也修改成对应文件名的字段。
启动 redis 节点：
然后查看 redis 进程：
--cluster-replicas 1 参数表示创建一个主节点同时也创建一个从节点。
创建 redis 集群：
可以看到启动六个节点，三个主节点
Master，三个从节点Slave，以及他们之间的主从关系。六个节点，每个节点都生成一个唯一的编码。
输入 yes
最后有以下输出，表示集群搭建成功：
测试集群
登录客户端需要带上参数-c表示集群环境，否则只能获取单个节点的数据。
先在7001添加数据
然后在7002获取数据：
在
7002获取数据，redis 集群会根据 key 计算哈希槽的位置，算出数据在7001节点，重定向到7001节点获取数据。
添加新节点
添加一个新节点，一般是添加一个空节点，将其他节点数据移动该节点数据库中。实现数据库的扩容。
将新节点地址为第一个参数，集群中随机一个节点地址为第二个参数。上面的命令的表示将新节点127.0.0.1:7006添加到127.0.0.1:7001所在的集群中。
删除节点
集群模式的优缺点
优点
具有高可用，哨兵模式的优点，他都有
数据分片，不重复存储数据，占内存小
容易实现扩容和缩容
总结
主从模式：
单机宕机或者磁盘出现故障，会导致数据丢失，主从模式将数据复制给多个从服务器上，即使一台数据库宕机了，其他数据也能正常提供数据。
主从模式有一台主数据库，多台从数据库的模式。客户端对主数据库进行读写，从数据库只能读操作。
启动主从数据库之后，从数据库发送
SYNC同步命令给主数据库，主数据库接收到命令之后，生成RDB文件。并且使用缓冲区记录所有写命令。写完毕后发送RDB文件给每个从数据库解析，以及发送缓存写命名给所以从数据库执行。主数据库更新数据后，数据会同步更新到从数据库中。
主从模式实现了简单的可用，但是如果主数据库宕机了，手动切换主数据库比较费力，就有了哨兵模式。
哨兵模式：
根据主从模式无法自动切换问题，就有了哨兵模式。
哨兵是一个独立的进程，它主要有三个功能：监控数据库，发现主数据库宕机了，首先标记主观下线，当主观下线数量达到设置的数量时，就会进行投票，通过之后就执行切换主数据库，将一个从数据库升级成主数据库。并通知给其他数据库修改主数据库配置。
哨兵模式实现自动切换主数据库，实现了服务的高可用。
哨兵模式和主从模式一样，所有数据库都存放相同的数据，比较浪费内存，而且受限于单机数据库，很难实现在线扩容。
Cluster模式Redis集群有16384个哈希嘈，对键的CRC16取模16384计算出哈希槽。集群使用分片，使用节点方式，将哈希槽分布在每个节点上。也就讲数据分布存储上不同的节点上。
为了保证服务的高可用，每个节点都可以搭建主从。
数据库扩容需要添加节点，从新计算哈希嘈，将其他数据库的数据，转移到新节点上。也可以删除节点实现数据库的缩容，删除节点后，该节点的数据也会根据哈希嘈分配到其他节点上。
参考
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【Jeremy Lai】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/38b03402927d7873714eb05d0】。文章转载请联系作者。
还未添加个人签名 2018-02-12 加入
还未添加个人简介
评论