Redis哨兵和集群模式

特性	哨兵模式	集群模式
高可用性	是	是
数据分片	否	是
水平扩展	否	是
配置复杂度	低	高
管理复杂度	低	高
多键操作支持	是	否（有限制）

哨兵模式

原理：

Redis 哨兵模式是一种高可用性解决方案，它通过监控 Redis 主从架构，自动执行故障转移，从而确保服务的连续性。哨兵模式的核心组件包括哨兵（Sentinel）节点、主节点（Master）和从节点（Slave）。

1. 哨兵节点

哨兵节点是专门用于监控 Redis 主从架构的独立进程。哨兵节点会周期性地检查主从服务器的健康状况，并在主服务器宕机时进行自动故障转移。哨兵节点的功能包括：

• 监控：哨兵节点持续地向主从服务器发送 PING 请求，以确定它们的健康状况。如果服务器在指定时间内没有响应，就认为它已经失效。

• 通知：哨兵节点会将服务器的状态变化通知给管理员或其他应用程序。

• 自动故障转移：当检测到主服务器失效时，哨兵节点会从现有的从服务器中选举出一个新的主服务器，并将其他从服务器指向新的主服务器。

• 配置提供者：哨兵节点可以提供当前主服务器的地址给 Redis 客户端，以便客户端可以连接到正确的服务器。

2. 监控和故障检测

哨兵节点通过 PING 和 INFO 命令监控主从服务器的状态。如果一个服务器在 down-after-milliseconds 时间内没有响应，哨兵节点会认为它失效。为了避免误报，哨兵节点之间会相互通信，只有达到 quorum 个哨兵节点一致认为主服务器失效，才会进行故障转移。

3. 领导选举

当主服务器被确认失效后，哨兵节点会进行领导选举，以决定哪个哨兵节点负责故障转移。选举过程使用类 Raft 算法，确保在多个哨兵节点中选出一个领导者来执行故障转移操作。

4. 自动故障转移

领导哨兵节点从现有的从服务器中选举一个新的主服务器，并更新所有其他从服务器的配置，让它们开始复制新的主服务器。故障转移完成后，领导哨兵节点会通知其他哨兵节点和 Redis 客户端新的主服务器地址。

搭建哨兵模式：

1.环境准备：

IP地址	角色	操作系统
99.99.10.30	redis-master，sentinel	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)
99.99.10.31	redis-slave1，sentinel	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)
99.99.10.32	redis-slave2，sentinel	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)

2.安装Redis

# 安装 C/C++ 环境，编译 Redis 安装包使用
yum -y install gcc gcc-c++ make
​
# 切换软件安装目录
cd /usr/local/
​
# 新建 redis 安装目录
mkdir redis
​
# 切换到 redis 安装目录
cd redis
​
# 下载 redis 安装包
wget http://download.redis.io/releases/redis-6.2.5.tar.gz
​
# 解压 redis 安装包
tar -zxvf redis-6.2.5.tar.gz
​
# 进入解压后的 redis 目录
cd redis-6.2.5/
​
# 编译
make
​
# 进入编译好的目录(编译成功后 src 目录下会出现编译后的 redis 服务程序 redis-server)
cd src
​
# 进入 Redis 的主目录
cd /usr/local/redis/redis-6.2.5
​
# 创建工作目录 tmp
mkdir tmp
​
# 创建日志目录 log
mkdir log
​
# 编辑 Redis 配置
vim redis.conf
​
# 编辑哨兵配置
vim sentinel.conf
​

3.配置Redis

# 表示redis允许所有地址连接。默认127.0.0.1，仅允许本地连接。
bind 0.0.0.0
​
# 允许redis后台运行
daemonize yes
​
# 设置redis日志存放路径
logfile "/usr/local/redis/redis-6.2.5/log/redis_6379.log"
​
# 设置为no，允许外部网络访问
protected-mode no
​
# 修改redis监听端口(可以自定义)
port 6379
​
# pid存放目录
pidfile /var/run/redis_6379.pid
​
# 工作目录，需要创建好目录,可自定义
dir /usr/local/redis/redis-6.2.5/tmp
​
# 设置redis密码
requirepass 123456
​
# 主从同步master的密码
masterauth 123456
​

# 表示redis允许所有地址连接。默认127.0.0.1，仅允许本地连接。
bind 0.0.0.0
​
# 允许redis后台运行
daemonize yes
​
# 设置redis日志存放路径
logfile "/usr/local/redis/redis-6.2.5/log/redis_6379.log"
​
# 设置为no，允许外部网络访问
protected-mode no
​
# 修改redis监听端口(可以自定义)
port 6379
​
# pid存放目录
pidfile /var/run/redis_6379.pid
​
# 工作目录，需要创建好目录,可自定义
dir /usr/local/redis/redis-6.2.5/tmp
​
# 设置redis密码
requirepass 123456
​
# 主从同步master的密码
masterauth 123456
​

# 多了这一行，用于追随某个节点的redis，被追随的节点为主节点，追随的为从节点，Redis5.0前版本可使用slaveof
replicaof 99.99.10.30 6379

从节点&哨兵sentinel.conf与主节点的sentinel.conf保持一致。

4.启动Redis

# 启动 redis 命令如下(从节点类似)，下面这条命令执行后没有出错，一般就是启动成功了
/usr/local/redis/redis-6.2.5/src/redis-server /usr/local/redis/redis-6.2.5/redis.conf
​
#查看启动是否成功
ps aux | grep redis
-----------------------------------------
root     110885  0.0  0.1 162500  2884 ?        Ssl  15:58   0:00 /usr/local/redis/redis-6.2.5/src/redis-server 0.0.0.0:6379
root     110950  0.0  0.0 112808   968 pts/1    R+   15:58   0:00 grep --color=auto redis
-----------------------------------------
​
​
#查看集群信息
#切换到主库目录下
/usr/local/redis/redis-6.2.5/src
​
#连接redis
./redis-cli 
​
#验证密码
auth 123456
​
#查看集群
info replication
-----------------------------------------
[root@redis-master src]# ./redis-cli 
127.0.0.1:6379> auth 123456
OK
127.0.0.1:6379> info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:0
master_failover_state:no-failover
master_replid:4d028dc9b02e861a7d2aa5e2cc779f24da0b4434
master_replid2:8ee54d1d08888609608c841507a08b4e53ab880b
master_repl_offset:87976
second_repl_offset:83227
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:80121
repl_backlog_histlen:7856
-----------------------------------------

5.启动哨兵

# 启动 redis 命令如下(从节点类似)，下面这条命令执行后没有出错，一般就是启动成功了
/usr/local/redis/redis-6.2.5/src/redis-sentinel /usr/local/redis/redis-6.2.5/sentinel.conf
​
# 查看是否启动成功
ps aux | grep redis
-----------------------------------------
[root@redis-master src]# ps aux | grep redis
root      72040  0.5  0.1 162500  3052 ?        Ssl  15:22   0:14 /usr/local/redis/redis-6.2.5/src/redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root     110885  0.1  0.1 240840  3124 ?        Ssl  15:58   0:00 /usr/local/redis/redis-6.2.5/src/redis-server 0.0.0.0:6379
root     117591  0.0  0.0 112808   968 pts/1    S+   16:05   0:00 grep --color=auto redis
-----------------------------------------

6.进行测试

kill掉主节点的redis之后，在从节点查看redis信息，会发现选举了一个新的主节点。

哨兵的优缺点

优点：

• 提供高可用性和自动故障转移。

• 简单易用，适合小规模的 Redis 部署。

缺点：

• 不能水平扩展。

• 故障转移期间可能有短暂的不可用时间。

集群模式

原理：

Redis 集群模式是一种分布式解决方案，通过数据分片和多个节点来实现水平扩展和高可用性。集群模式的核心组件包括多个主节点（Master）和从节点（Slave），每个节点存储整个数据集的一部分。以下是集群模式的详细工作原理：

1. 数据分片

Redis 集群将整个键空间划分为 16384 个哈希槽（Hash Slots），每个键根据 CRC16 哈希算法被映射到一个哈希槽。每个主节点负责管理一部分哈希槽，从而实现数据的分布式存储。

2. 主从复制

每个主节点可以有一个或多个从节点，从节点用于数据的冗余备份和故障转移。当主节点失效时，集群会自动选举一个从节点作为新的主节点。

3. 节点通信

Redis 集群节点之间通过 Gossip 协议进行通信，定期交换状态信息。每个节点都了解集群中其他节点的状态和负责的哈希槽。

4. 故障检测和恢复

Redis 集群中的节点会监控彼此的健康状况。当检测到某个主节点失效时，集群中的其他节点会协同选举一个从节点作为新的主节点，确保数据的高可用性。

5. 客户端连接和重定向

Redis 客户端连接到集群中的任意一个节点进行操作。如果请求的键不在当前节点负责的哈希槽内，节点会返回一个 MOVED 响应，指示客户端重定向到正确的节点。

搭建Redis-cluster集群：

1.环境准备：

IP地址	角色	操作系统
99.99.10.40:7001	redis-master1	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)
99.99.10.40:7002	redis-master2	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)
99.99.10.40:7003	redis-master3	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)
99.99.10.40:7004	redis-slave1	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)
99.99.10.40:7005	redis-slave2	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)
99.99.10.40:7006	redis-slave3	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)

2.安装Redis

# 安装 C/C++ 环境，编译 Redis 安装包使用
yum -y install gcc gcc-c++ make
​
# 切换软件安装目录
cd /usr/local/
​
# 新建 redis 安装目录
mkdir redis
​
# 切换到 redis 安装目录
cd redis
​
# 下载 redis 安装包
wget http://download.redis.io/releases/redis-6.2.5.tar.gz
​
# 解压 redis 安装包
tar -zxvf redis-6.2.5.tar.gz
​
# 进入解压后的 redis 目录
cd redis-6.2.5/
​
# 编译
make
​
# 进入编译好的目录(编译成功后 src 目录下会出现编译后的 redis 服务程序 redis-server)
cd src

3.配置Redis

# 在/usr/local/redis下创建redis-cluster目录，在其下创建7001、7002......7006目录
mkdir -p /usr/local/redis/redis-cluster
​
mkdir -v 7001 7002 7003 7004 7005 7006 

# 将redis解压路径下的配置文件redis.conf，依次拷贝到每个700X目录内，并修改每个700X目录下的redis.conf配置文件：
port 700X
bind 99.99.10.40
cluster-enabled yes （启动redis-cluster集群模式）
cluster-config-file nodes-700x.conf

daemonized yes
logfile /usr/local/redis/redis-cluster/700X/node.log 

4.启动Redis

cd /usr/local/redis/redis/src

./redis-server /usr/local/redis/7001/redis.conf
./redis-server /usr/local/redis/7002/redis.conf
./redis-server /usr/local/redis/7003/redis.conf
./redis-server /usr/local/redis/7004/redis.conf
./redis-server /usr/local/redis/7005/redis.conf
./redis-server /usr/local/redis/7006/redis.conf

-----------------------------------------
[root@redis-cluster src]# ps -ef | grep redis
root      13793      1  0 09:14 ?        00:00:03 ./redis-server 99.99.10.40:7001 [cluster]
root      31859      1  0 09:30 ?        00:00:02 ./redis-server 99.99.10.40:7002 [cluster]
root      34685      1  0 09:32 ?        00:00:02 ./redis-server 99.99.10.40:7003 [cluster]
root      34797      1  0 09:32 ?        00:00:02 ./redis-server 99.99.10.40:7004 [cluster]
root      34828      1  0 09:32 ?        00:00:02 ./redis-server 99.99.10.40:7005 [cluster]
root      34907      1  0 09:32 ?        00:00:02 ./redis-server 99.99.10.40:7006 [cluster]
root      67927   3526  0 10:00 pts/0    00:00:00 grep --color=auto redis
-----------------------------------------

5.创建集群

./redis-cli --cluster create 99.99.10.40:7001 99.99.10.40:7002 99.99.10.40:7003 99.99.10.40:7004 99.99.10.40:7005 99.99.10.40:7006 --cluster-replicas 1

-----------------------------------------
# 查看集群状态
[root@redis-cluster src]# ./redis-cli -h 99.99.10.40 -p 7001
99.99.10.40:7001> cluster info
cluster_state:ok
cluster_slots_assigned:16384
cluster_slots_ok:16384
cluster_slots_pfail:0
cluster_slots_fail:0
cluster_known_nodes:6
cluster_size:3
cluster_current_epoch:6
cluster_my_epoch:1
cluster_stats_messages_ping_sent:1651
cluster_stats_messages_pong_sent:1603
cluster_stats_messages_sent:3254
cluster_stats_messages_ping_received:1598
cluster_stats_messages_pong_received:1651
cluster_stats_messages_meet_received:5
cluster_stats_messages_received:3254
-----------------------------------------
99.99.10.40:7001> cluster nodes
ef8f95cec7e4ecdc53bf76d3c905fa60d6ee5202 99.99.10.40:7002@17002 master - 0 1719885779875 2 connected 5461-10922
786ace6e78fb2c78966befa242aaac6a6f1a13d4 99.99.10.40:7003@17003 master - 0 1719885780000 3 connected 10923-16383
aa831e1f7eb98a51f6e4782b08961e296c16b6d4 99.99.10.40:7004@17004 slave 627a959d0a9542ecef06f1363d7521e30c753295 0 1719885779000 1 connected
0174a8f28735d92789a55badf5819e1818596a04 99.99.10.40:7005@17005 slave ef8f95cec7e4ecdc53bf76d3c905fa60d6ee5202 0 1719885780886 2 connected
b4b975788e013c8eb426a4db0526a664050576f6 99.99.10.40:7006@17006 slave 786ace6e78fb2c78966befa242aaac6a6f1a13d4 0 1719885780000 3 connected
627a959d0a9542ecef06f1363d7521e30c753295 99.99.10.40:7001@17001 myself,master - 0 1719885776000 1 connected 0-5460
-----------------------------------------

优缺点

优点：

• 支持数据的水平扩展，可以处理大规模数据。

• 提供高可用性，节点失效时能够自动进行故障转移。

• 高并发性能。

缺点：

• 配置和管理复杂度较高。

• 不支持多键操作，某些命令在集群模式下受到限制。

• 需要更多的资源和节点来维持高可用性和性能。