Redis 集羣教程

Redis 集羣教程
本文檔是Redis集羣的通常介紹，沒有涉及複雜難懂的分佈式概念的贅述，只是提供了從用戶角度來如何搭建測試以及使用的方法，若是你打算使用並深刻了解Redis集羣，推薦閱讀完本章節後,仔細閱讀 Redis 集羣規範 一章。
本教程試圖提供最終用戶一個簡單的關於集羣和一致性特徵的描述
請注意，本教程使用於Redis3.0（包括3.0）以上版本
若是你計劃部署集羣，那麼咱們建議你從閱讀這個文檔開始。
Redis集羣介紹
Redis 集羣是一個提供在多個Redis間節點間共享數據的程序集。
Redis集羣並不支持處理多個keys的命令,由於這須要在不一樣的節點間移動數據,從而達不到像Redis那樣的性能,在高負載的狀況下可能會致使不可預料的錯誤.
Redis 集羣經過分區來提供必定程度的可用性,在實際環境中當某個節點宕機或者不可達的狀況下繼續處理命令. Redis 集羣的優點:
自動分割數據到不一樣的節點上。
整個集羣的部分節點失敗或者不可達的狀況下可以繼續處理命令。
Redis 集羣的數據分片
Redis 集羣沒有使用一致性hash, 而是引入了 哈希槽的概念.
Redis 集羣有16384個哈希槽,每一個key經過CRC16校驗後對16384取模來決定放置哪一個槽.集羣的每一個節點負責一部分hash槽,舉個例子,好比當前集羣有3個節點,那麼:
節點 A 包含 0 到 5500號哈希槽.
節點 B 包含5501 到 11000 號哈希槽.
節點 C 包含11001 到 16384號哈希槽.
這種結構很容易添加或者刪除節點. 好比若是我想新添加個節點D, 我須要從節點 A, B, C中得部分槽到D上. 若是我想移除節點A,須要將A中的槽移到B和C節點上,而後將沒有任何槽的A節點從集羣中移除便可. 因爲從一個節點將哈希槽移動到另外一個節點並不會中止服務,因此不管添加刪除或者改變某個節點的哈希槽的數量都不會形成集羣不可用的狀態.
Redis 集羣的主從複製模型
爲了使在部分節點失敗或者大部分節點沒法通訊的狀況下集羣仍然可用，因此集羣使用了主從複製模型,每一個節點都會有N-1個複製品.
在咱們例子中具備A，B，C三個節點的集羣,在沒有複製模型的狀況下,若是節點B失敗了，那麼整個集羣就會覺得缺乏5501-11000這個範圍的槽而不可用.
然而若是在集羣建立的時候（或者過一段時間）咱們爲每一個節點添加一個從節點A1，B1，C1,那麼整個集羣便有三個master節點和三個slave節點組成，這樣在節點B失敗後，集羣便會選舉B1爲新的主節點繼續服務，整個集羣便不會由於槽找不到而不可用了
不過當B和B1 都失敗後，集羣是不可用的.
Redis 一致性保證
Redis 並不能保證數據的強一致性. 這意味這在實際中集羣在特定的條件下可能會丟失寫操做.
第一個緣由是由於集羣是用了異步複製. 寫操做過程:
客戶端向主節點B寫入一條命令.
主節點B向客戶端回覆命令狀態.
主節點將寫操做複製給他得從節點 B1, B2 和 B3.
主節點對命令的複製工做發生在返回命令回覆以後， 由於若是每次處理命令請求都須要等待複製操做完成的話， 那麼主節點處理命令請求的速度將極大地下降 —— 咱們必須在性能和一致性之間作出權衡。 注意：Redis 集羣可能會在未來提供同步寫的方法。 Redis 集羣另一種可能會丟失命令的狀況是集羣出現了網絡分區， 而且一個客戶端與至少包括一個主節點在內的少數實例被孤立。
舉個例子 假設集羣包含 A 、 B 、 C 、 A1 、 B1 、 C1 六個節點， 其中 A 、B 、C 爲主節點， A1 、B1 、C1 爲A，B，C的從節點， 還有一個客戶端 Z1 假設集羣中發生網絡分區，那麼集羣可能會分爲兩方，大部分的一方包含節點 A 、C 、A1 、B1 和 C1 ，小部分的一方則包含節點 B 和客戶端 Z1 .
Z1仍然可以向主節點B中寫入, 若是網絡分區發生時間較短,那麼集羣將會繼續正常運做,若是分區的時間足夠讓大部分的一方將B1選舉爲新的master，那麼Z1寫入B中得數據便丟失了.
注意， 在網絡分裂出現期間， 客戶端 Z1 能夠向主節點 B 發送寫命令的最大時間是有限制的， 這一時間限制稱爲節點超時時間（node timeout）， 是 Redis 集羣的一個重要的配置選項：
搭建並使用Redis集羣
搭建集羣的第一件事情咱們須要一些運行在 集羣模式的Redis實例. 這意味這集羣並非由一些普通的Redis實例組成的，集羣模式須要經過配置啓用，開啓集羣模式後的Redis實例即可以使用集羣特有的命令和特性了.
下面是一個最少選項的集羣的配置文件:
[AppleScript] 純文本查看 複製代碼
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port 7000
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes
文件中的 cluster-enabled 選項用於開實例的集羣模式， 而 cluster-conf-file 選項則設定了保存節點配置文件的路徑， 默認值爲 nodes.conf.節點配置文件無須人爲修改， 它由 Redis 集羣在啓動時建立， 並在有須要時自動進行更新。
要讓集羣正常運做至少須要三個主節點，不過在剛開始試用集羣功能時， 強烈建議使用六個節點： 其中三個爲主節點， 而其他三個則是各個主節點的從節點。
首先， 讓咱們進入一個新目錄， 並建立六個以端口號爲名字的子目錄， 稍後咱們在將每一個目錄中運行一個 Redis 實例： 命令以下:
[AppleScript] 純文本查看 複製代碼
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mkdir cluster-test
cd cluster-test
mkdir 7000 7001 7002 7003 7004 7005
在文件夾 7000 至 7005 中， 各建立一個 redis.conf 文件， 文件的內容可使用上面的示例配置文件， 但記得將配置中的端口號從 7000 改成與文件夾名字相同的號碼。
從 Redis Github 頁面 的 unstable 分支中取出最新的 Redis 源碼， 編譯出可執行文件 redis-server ， 並將文件複製到 cluster-test 文件夾， 而後使用相似如下命令， 在每一個標籤頁中打開一個實例：
[AppleScript] 純文本查看 複製代碼
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cd 7000
../redis-server ./redis.conf
實例打印的日誌顯示， 由於 nodes.conf 文件不存在， 因此每一個節點都爲它自身指定了一個新的 ID ：
[AppleScript] 純文本查看 複製代碼
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[82462] 26 Nov 11:56:55.329 * No cluster configuration found, I'm 97a3a64667477371c4479320d683e4c8db5858b1
實例會一直使用同一個 ID ， 從而在集羣中保持一個獨一無二（unique）的名字。
搭建集羣
如今咱們已經有了六個正在運行中的 Redis 實例， 接下來咱們須要使用這些實例來建立集羣， 併爲每一個節點編寫配置文件。
經過使用 Redis 集羣命令行工具 redis-trib ， 編寫節點配置文件的工做能夠很是容易地完成： redis-trib 位於 Redis 源碼的 src 文件夾中， 它是一個 Ruby 程序， 這個程序經過向實例發送特殊命令來完成建立新集羣， 檢查集羣， 或者對集羣進行從新分片（reshared）等工做。
[AppleScript] 純文本查看 複製代碼
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./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 \
127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005

這個命令在這裏用於建立一個新的集羣, 選項–replicas 1 表示咱們但願爲集羣中的每一個主節點建立一個從節點。
以後跟着的其餘參數則是這個集羣實例的地址列表,3個master3個slave redis-trib 會打印出一份預想中的配置給你看， 若是你以爲沒問題的話， 就能夠輸入 yes ， redis-trib 就會將這份配置應用到集羣當中,讓各個節點開始互相通信,最後能夠獲得以下信息：
[AppleScript] 純文本查看 複製代碼
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[OK] All 16384 slots covered

這表示集羣中的 16384 個槽都有至少一個主節點在處理， 集羣運做正常。
Creating a Redis Cluster using the create-cluster script
If you don’t want to create a Redis Cluster by configuring and executing individual instances manually as explained above, there is a much simpler system (but you’ll not learn the same amount of operational details).
Just check utils/create-cluster directory in the Redis distribution. There is a script called create-cluster inside (same name as the directory it is contained into), it’s a simple bash script. In order to start a 6 nodes cluster with 3 masters and 3 slaves just type the following commands:
create-cluster start
create-cluster create
Reply to yes in step 2 when the redis-trib utility wants you to accept the cluster layout.
You can now interact with the cluster, the first node will start at port 30001 by default. When you are done, stop the cluster with:
create-cluster stop.
Please read the README inside this directory for more information on how to run the script.
使用集羣
Redis 集羣現階段的一個問題是客戶端實現不多。
如下是一些我知道的實現：
redis-rb-cluster 是我（@antirez）編寫的 Ruby 實現， 用於做爲其餘實現的參考。 該實現是對 redis-rb 的一個簡單包裝， 高效地實現了與集羣進行通信所需的最少語義（semantic）.
redis-py-cluster 看上去是 redis-rb-cluster 的一個 Python 版本， 這個項目有一段時間沒有更新了（最後一次提交是在六個月以前）， 不過能夠將這個項目用做學習集羣的起點。
流行的 Predis 曾經對早期的 Redis 集羣有過必定的支持， 但我不肯定它對集羣的支持是否完整， 也不清楚它是否和最新版本的 Redis 集羣兼容 （由於新版的 Redis 集羣將槽的數量從 4k 改成 16k 了）.
使用最多的時java客戶端, Jedis 最近添加了對集羣的支持, 詳細請查看項目README中Jedis Cluster部分.
StackExchange.Redis 提供對 C# 的支持(而且包括大部分 .NET 下面的語言，好比： VB, F#等等)
thunk-redis 提供對 Node.js 和 io.js的支持。
Redis unstable 分支中的 redis-cli 程序實現了很是基本的集羣支持， 可使用命令 redis-cli -c 來啓動。
測試 Redis 集羣比較簡單的辦法就是使用 redis-rb-cluster 或者 redis-cli ， 接下來咱們將使用 redis-cli 爲例來進行演示：
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$ redis-cli -c -p 7000
redis 127.0.0.1:7000> set foo bar
-> Redirected to slot [12182] located at 127.0.0.1:7002
OK
redis 127.0.0.1:7002> set hello world
-> Redirected to slot [866] located at 127.0.0.1:7000
OK
redis 127.0.0.1:7000> get foo
-> Redirected to slot [12182] located at 127.0.0.1:7002
"bar"
redis 127.0.0.1:7000> get hello
-> Redirected to slot [866] located at 127.0.0.1:7000
"world"

注意: 若是你是使用腳本建立的集羣節點，那麼默認端口多是從30001開始。
redis-cli 對集羣的支持是很是基本的， 因此它老是依靠 Redis 集羣節點來將它轉向（redirect）至正確的節點。一個真正的（serious）集羣客戶端應該作得比這更好： 它應該用緩存記錄起哈希槽與節點地址之間的映射（map）， 從而直接將命令發送到正確的節點上面。這種映射只會在集羣的配置出現某些修改時變化， 好比說， 在一次故障轉移（failover）以後， 或者系統管理員經過添加節點或移除節點來修改了集羣的佈局（layout）以後， 諸如此類。
使用redis-rb-cluster寫一個例子
在展現如何使用集羣進行故障轉移、從新分片等操做以前， 咱們須要建立一個示例應用， 瞭解一些與 Redis 集羣客戶端進行交互的基本方法。
在運行示例應用的過程當中， 咱們會嘗試讓節點進入失效狀態， 又或者開始一次從新分片， 以此來觀察 Redis 集羣在真實世界運行時的表現， 而且爲了讓這個示例儘量地有用， 咱們會讓這個應用向集羣進行寫操做。
本節將經過兩個示例應用來展現 redis-rb-cluster 的基本用法， 如下是本節的第一個示例應用， 它是一個名爲 example.rb 的文件， 包含在redis-rb-cluster 項目裏面
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require './cluster'

startup_nodes = [

{:host => "127.0.0.1", :port => 7000},
 {:host => "127.0.0.1", :port => 7001}

]
rc = RedisCluster.new(startup_nodes,32,:timeout => 0.1)

last = false

while not last

begin
    last = rc.get("__last__")
    last = 0 if !last
rescue => e
    puts "error #{e.to_s}"
    sleep 1
end

end

((last.to_i+1)..1000000000).each{|x|

begin
    rc.set("foo#{x}",x)
    puts rc.get("foo#{x}")
    rc.set("__last__",x)
rescue => e
    puts "error #{e.to_s}"
end
sleep 0.1

}

這個應用所作的工做很是簡單： 它不斷地以 foo<number> 爲鍵， number 爲值， 使用 SET 命令向數據庫設置鍵值對:
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SET foo0 0
SET foo1 1
SET foo2 2
And so forth…

代碼中的每一個集羣操做都使用一個 begin 和 rescue 代碼塊（block）包裹着， 由於咱們但願在代碼出錯時， 將錯誤打印到終端上面， 而不但願應用由於異常（exception）而退出。
代碼的第七行是代碼中第一個有趣的地方， 它建立了一個 Redis 集羣對象， 其中建立對象所使用的參數及其意義以下：第一個參數是記錄了啓動節點的 startup_nodes 列表， 列表中包含了兩個集羣節點的地址。第二個參數指定了對於集羣中的各個不一樣的節點， Redis 集羣對象能夠得到的最大鏈接數 ，第三個參數 timeout 指定了一個命令在執行多久以後， 纔會被看做是執行失敗。
啓動列表中並不須要包含全部集羣節點的地址， 但這些地址中至少要有一個是有效的： 一旦 redis-rb-cluster 成功鏈接上集羣中的某個節點時， 集羣節點列表就會被自動更新， 任何真正的的集羣客戶端都應該這樣作。
如今， 程序建立的 Redis 集羣對象實例被保存到 rc 變量裏面， 咱們能夠將這個對象看成普通 Redis 對象實例來使用。
在十一至十九行， 咱們先嚐試閱讀計數器中的值， 若是計數器不存在的話， 咱們纔將計數器初始化爲 0 ： 經過將計數值保存到 Redis 的計數器裏面， 咱們能夠在示例重啓以後， 仍然繼續以前的執行過程， 而沒必要每次重啓以後都從 foo0 開始從新設置鍵值對。爲了讓程序在集羣下線的狀況下， 仍然不斷地嘗試讀取計數器的值， 咱們將讀取操做包含在了一個 while 循環裏面， 通常的應用程序並不須要如此當心。
二十一至三十行是程序的主循環， 這個循環負責設置鍵值對， 並在設置出錯時打印錯誤信息。程序在主循環的末尾添加了一個 sleep 調用， 讓寫操做的執行速度變慢， 幫助執行示例的人更容易看清程序的輸出。執行 example.rb 程序將產生如下輸出：
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ruby ./example.rb
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^C (I stopped the program here)

這個程序並非十分有趣， 稍後咱們就會看到一個更有趣的集羣應用示例， 不過在此以前， 讓咱們先使用這個示例來演示集羣的從新分片操做。
集羣從新分片
如今， 讓咱們來試試對集羣進行從新分片操做。在執行從新分片的過程當中， 請讓你的 example.rb 程序處於運行狀態， 這樣你就會看到， 從新分片並不會對正在運行的集羣程序產生任何影響， 你也能夠考慮將 example.rb 中的 sleep 調用刪掉， 從而讓從新分片操做在近乎真實的寫負載下執行 從新分片操做基本上就是將某些節點上的哈希槽移動到另一些節點上面， 和建立集羣同樣， 從新分片也可使用 redis-trib 程序來執行 執行如下命令能夠開始一次從新分片操做：
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./redis-trib.rb reshard 127.0.0.1:7000

你只須要指定集羣中其中一個節點的地址， redis-trib 就會自動找到集羣中的其餘節點。
目前 redis-trib 只能在管理員的協助下完成從新分片的工做， 要讓 redis-trib 自動將哈希槽從一個節點移動到另外一個節點， 目前來講還作不到
你想移動多少個槽( 從1 到 16384)?
咱們嘗試從將100個槽從新分片， 若是 example.rb 程序一直運行着的話， 如今 1000 個槽裏面應該有很多鍵了。
除了移動的哈希槽數量以外， redis-trib 還須要知道從新分片的目標， 也便是， 負責接收這 1000 個哈希槽的節點。
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$ redis-cli -p 7000 cluster nodes | grep myself
97a3a64667477371c4479320d683e4c8db5858b1 :0 myself,master - 0 0 0 connected 0-5460

個人目標節點是 97a3a64667477371c4479320d683e4c8db5858b1.如今須要指定從哪些節點來移動keys到目標節點 我輸入的是all ，這樣就會從其餘每一個master上取一些哈希槽。最後確認後你將會看到每一個redis-trib移動的槽的信息，每一個key的移動的信息也會打印出來 在從新分片的過程當中，你的例子程序是不會受到影響的,你能夠中止或者從新啓動屢次。在從新分片結束後你能夠經過以下命令檢查集羣狀態:更多技術資訊可關注：gzitcast