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如何保证高可用?搞定三种集群模式,Redis还不是手到擒来?

####一、主从模式

1、需求

为了避免单点故障,通常的做法是将数据库复制多个副本部署在不同的服务器上。这样,即使有一台服务器出现了故障,其他服务器仍然可以继续提供服务。

为此,Redis提供了复制(replication)功能,可以实现当一台数据库中的数据更新后,自动将更新的数据同步到其他数据库上。

2、分工

在复制的概念中,数据库分为两类。一类是主数据库(master),一类是从数据库(slave)。 master可以进行读写操作,当写操作发生变化时,会自动将数据同步给slave。slave一般只提供读操作,并接收主数据库同步过来的数据。一个master可以对应多个slave。一个slave只能对应一个master。

引入主从复制的目的有两个:一是读写分离,分担master的压力。二是容灾备份。

3、原理


① slave启动成功之后,连接master,发送sync命令;

② master接收sync命令之后,开始执行BGSAVE命令生成RDB文件,并使用缓冲区记录此后执行的所有写命令。

③ master执行完BGSAVE后,向所有的slave发送快照文件。并在发送期间记录被执行的写命令。

④ slave接收到快照文件后载入收到的快照。

⑤ master快照发送完毕后,开始向slave发送缓冲区的写命令。

⑥ salve完成对快照文件的加载,开始接受命令请求。并执行主数据库缓冲区的写命令。(从数据库初始化完成。)

⑦ master每执行一个写命令就像slave发送相同的写命令。slave接受并执行写命令。(从数据库初始化完成后的操作)

⑧ 出现断开重连后,2.8之后的版本会将断线期间的命令传给重数据库,增量复制。
 ⑨ 主从刚刚连接的时候,进行全量同步;全同步结束后,进行增量同步。当然,如果有需要,slave 在任何时候都可以发起全量同步。Redis 的策略是,无论如何,首先会尝试进行增量同步,如不成功,要求从机进行全量同步。

4、 主从复制优点:

①支持主从复制,master会自动将数据同步到slave,可以进行读写分离;
②为了分载 Master 的读操作压力,Slave 服务器可以为客户端提供只读操作的服务,写服务仍然必须由Master来完成;
③Slave 同样可以接受其它 Slaves 的连接和同步请求,这样可以有效的分载 Master 的同步压力;
④Master Server 是以非阻塞的方式为 Slaves 提供服务。所以在 Master-Slave 同步期间,客户端仍然可以提交查询或修改请求;
⑤Slave Server 同样是以非阻塞的方式完成数据同步。在同步期间,如果有客户端提交查询请求,Redis则返回同步之前的数据;

5、主从复制缺点:

①Redis不具备自动容错和恢复功能,主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败,需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复(也就是要人工介入);
②主机宕机,宕机前有部分数据未能及时同步到从机,切换IP后还会引入数据不一致的问题,降低了系统的可用性(需要手动将一台slave切换成master);
③如果多个 Slave 断线了,需要重启的时候,尽量不要在同一时间段进行重启。因为只要 Slave 启动,就会发送sync 请求和主机全量同步,当多个 Slave 重启的时候,可能会导致 Master IO 剧增从而宕机。
Redis 较难支持在线扩容,在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂;

####二、哨兵(Sentinel)
 1、作用

主从复制当master出现故障时,需要手动切换master。哨兵模式就是为了解决手动切换这个问题。Redis2.8中提供了哨兵工具,来实现自动化的系统监控和故障恢复。哨兵是一个独立的进程,作为进程,它会独立运行。其原理是哨兵通过发送命令,等待Redis服务器响应,从而监控运行多个Redis实例。

① 通过发送命令,让Redis服务器返回运行状态,包括master和slave。

② 当哨兵(Sentinel)检测到master宕机,会自动将slave切换成master。然后通过发布订阅模式通知其他的slave。让其他slave切换主机。
  

2、故障自动切换

假设主服务器宕机,哨兵1先检测到这个结果,系统并不会马上进行 failover 过程,仅仅是哨兵1主观的认为主服务器不可用,这个现象成为主观下线。当后面的哨兵也检测到主服务器不可用,并且数量达到一定值时,那么哨兵之间就会进行一次投票,投票的结果由一个哨兵发起,进行 failover 操作。切换成功后,就会通过发布订阅模式,让各个哨兵把自己监控的从服务器实现切换主机,这个过程称为客观下线。这样对于客户端而言,一切都是透明的。

3、工作机制

① 每个Sentinel(哨兵)进程以每秒钟一次的频率向整个集群中的 Master 主服务器,Slave 从服务器以及其他Sentinel(哨兵)进程发送一个 PING 命令。
  ② 如果一个实例(instance)距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 选项所指定的值, 则这个实例会被 Sentinel(哨兵)进程标记为主观下线(SDOWN)
  ③ 如果一个 Master 主服务器被标记为主观下线(SDOWN),则正在监视这个 Master 主服务器的所有 Sentinel(哨兵)进程要以每秒一次的频率确认 Master 主服务器的确进入了主观下线状态
 ④ 当有足够数量的 Sentinel(哨兵)进程(大于等于配置文件指定的值)在指定的时间范围内确认 Master 主服务器进入了主观下线状态(SDOWN), 则 Master 主服务器会被标记为客观下线(ODOWN)
       ⑤ 在一般情况下, 每个 Sentinel(哨兵)进程会以每 10 秒一次的频率向集群中的所有 Master 主服务器、Slave 从服务器发送 INFO 命令。
       ⑥ 当 Master 主服务器被 Sentinel(哨兵)进程标记为客观下线(ODOWN)时,Sentinel(哨兵)进程向下线的 Master 主服务器的所有 Slave 从服务器发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次。
       ⑦ 若没有足够数量的 Sentinel(哨兵)进程同意 Master主服务器下线, Master 主服务器的客观下线状态就会被移除。若 Master 主服务器重新向 Sentinel(哨兵)进程发送 PING 命令返回有效回复,Master主服务器的主观下线状态就会被移除。

4、为什么要那么多哨兵组成网络

当只有1个Sentinel的时候,如果这个Sentinel挂掉了就不能实现故障的自动切换。在Sentinel网络中,只要还有1个 Sentinel活着,就可以实现故障的自动切换。

5、Sentinel(哨兵)优点

① 哨兵模式是基于主从的,所有主从的优点,哨兵模式都具有。
② 主从可以自动切换,系统更健壮,高可用性。(可以看做自动版的主从复制)

6、Sentinel(哨兵)缺点

因为只有1个master,较难支持在线扩容,在集群容量达到上限时,在线扩容很复杂。

####三、cluster集群模式(Redis官方推荐)

Redis的哨兵模式基本实现了读写分离+高可用。

但是只有1个master的话,存储会有性能的瓶颈。如果要支持更大数据量的缓存,那就横向扩容更多的master节点即可。假如假如1个master节点可以支持存放32GB内存。30台左右差不多就是1个T的内存啦。

Redis Cluster是一种服务器 Sharding 技术,3.0版本开始正式提供。它实现了Redis的分布式存储,也就有说每台Redis节点上存储不同的数据。

在这个图中,每一个蓝色的圈都代表着一个redis的服务器节点。它们任意两个节点之间都是相互连通的。客户端可以和任何一个节点相连,然后就可以访问集群中的任意一个节点。对其进行存取和其他操作。

1、集群的数据分片

集群的数据分片,或者可以理解为数据是怎样分布的。

Redis 集群没有使用一致性 hash,而是引入了哈希槽【hash slot】的概念。

2、特点

① 使用Redis cluster时,Master节点的个数至少需要3个。每个master可以有任意个slave。

② 所有的节点都是一主一从(也可以是一主多从)。从库不提供服务,仅作备份。

④ 支持在线增加、删除节点。也就是说支持在线扩容。

⑤ 客户端可以连接任意一个主节点进行读写。

3、redis cluster的主从复制模型

为了保证高可用,redis-cluster集群引入了主从复制模型,一个主节点对应一个或者多个从节点,当主节点宕机的时候,就会启用从节点。当其它主节点 ping 一个主节点 A 时,如果半数以上的主节点与 A 通信超时,那么认为主节点 A 宕机了。如果主节点 A 和它的从节点 A1 都宕机了,那么该集群就无法再提供服务了。

##最后
大家看完有什么不懂的可以在下方留言讨论.
谢谢你的观看。
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