Redis 高级篇（分布式缓存）

碎像2024-08-16 10:02

一、Redis分布式缓存

单点Redis问题：

  • 数据丢失（实现Redis数据持久化）
  • 并发能力（搭建主从集群，实现读写分离）
  • 存储能力（搭建分片集群，利用插槽机制实现动态扩容）
  • 故障恢复能力（利用Redis哨兵，实现健康监测和自动恢复）

1.1 Redis持久化（解决数据丢失）

RDB

概述

RDB（Redis数据备份文件），也称Redis数据快照。简单的说就是将内存中的所有数据都记录到磁盘中，当Redis实例故障重启后，从磁盘中读取快照文件，恢复数据。

快照文件称为RDB文件，默认保存在当前运行的目录

Redis主进程执行RDB，会阻塞所有命令：

save

开启子进程执行RDB，避免主进程受到影响

bgsave

Redis停机时会执行一次RDB

redis.conf 配置

Redis内部有触发RDB的机制，可以在redis.conf文件中的配置找到

900 秒内，如果至少有1个key被修改，则执行bgsave，如果save "" 则表示禁用RDB

save 900 1

RDB的其他在redis.conf文件中的配置

#是否压缩，建议不开启，压缩也会消耗cpu，磁盘会变不值钱
rdbcompression yes

#RDB文件名
dbfilename dump.db

#文件保存的路径目录
dir ./
RDB方式的bgsave的基本流程

  • fork子进程：Redis主进程（父进程）会fork一个子进程。在Linux操作系统中，fork操作会复制父进程的内存页表给子进程，而不是复制整个内存，这使得fork操作非常快速。共享内存空间

  • 子进程执行快照：子进程开始执行快照操作，它将读取内存数据并写入新的RDB文件中。这个过程中，父进程可以继续处理客户端的请求。

  • 写入数据：子进程会遍历所有数据库中的键，并且将每个键及其值序列化后写入到RDB文件中。

  • 完成同步：一旦快照写入完成，子进程会用新RDB文件替换旧的RDB文件（如果存在）

RDB会在什么时候执行？save 60 1000 代表什么含义？
  • 默认是服务停止时
  • 代表60秒内至少执行1000次修改则触发RDB
RDB的缺点？
  • RDB的执行间隔时间长，两次RDB之间写入数据有丢失的风险
  • fork子进程、压缩、写出RDB文件都比较耗时

AOF

概述

AOF全称Append Only File（追加文件）。Redis处理的每个写命令都会记录到AOF文件，可以看做是命令日志文件。

redis.conf配置

AOF默认是关闭的，需要修改redis.conf配置文件开启AOF：

#是否开启AOF功能，默认是no
appendonly yes

#AOF文件的名
appendfilename "appendonly.aof"

AOF的命令记录的频率也可以通过在redis.conf文件中配置

# 表示每执行一次写命令，立即记录到AOF文件
appendfsync always

#写命令执行完先放入AOF缓存区，然后表示每周1秒将缓存区数据写到AOF文件，是默认方案
appendfsync everysec

#写命令执行先放入AOF缓冲区，有操作系统决定何时将缓冲区内容写回磁盘
appendfsync no

|----------|--------|--------------|----------------|
| 配置项 | 刷盘时机 | 优点 | 缺点 |
| Always | 同步刷盘 | 可靠性高，几乎不丢失数据 | 性能影响大 |
| everysec | 每秒刷盘 | 性能适中 | 最多丢失1秒数据 |
| no | 操作系统控制 | 性能最好 | 可靠性较差，可能丢失大量数据 |

BGREWRITEAOF

比较RDB和AOF的区别

|---------|------------------------|-----------------------------------|
| | RDB | AOF |
| 持久化方式 | 定时对整个内存做快照 | 记录每一次执行的命令 |
| 数据完整性 | 不完整，两次备份之间会丢失 | 相对完整，即决于刷盘策略 |
| 文件的大小 | 会有压缩，文件体积小 | 记录命令，文件体积很大 |
| 宕机恢复速度 | 很快 | 慢 |
| 数据恢复优先级 | 低，因为数据完整性不如AOF | 高，因为数据完整性更高 |
| 数据的优先级 | 高，大量CPU和内存消耗 | 低，主要是磁盘IO资源，但是AOF重写时会占用大量CPU和内存资源 |
| 使用场景 | 可以容忍数分钟的数据丢失，追求更快的启动速度 | 对数据安全性要求较高单常见 |

1.2 Redis主从（解决并发问题）

搭建主从架构

首先创建3个实例的目录（用于存放不同redis）

mkdir 7001 7002 7003

拷贝配置文件到每个实例目录（在/tmp目录执行下列命令）

# 方式一：逐个拷贝
cp redis-6.2.4/redis.conf 7001
cp redis-6.2.4/redis.conf 7002
cp redis-6.2.4/redis.conf 7003

# 方式二：管道组合命令，一键拷贝
echo 7001 7002 7003 | xargs -t -n 1 cp redis-6.2.4/redis.conf

修改每个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为7001、7002、7003，将rdb文件保存位置都修改为自己所在目录（在/tmp目录执行下列命令）

sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7001\//g' 7001/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7002\//g' 7002/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7003\//g' 7003/redis.conf

虚拟机本身有多个IP，为了避免将来混乱，我们需要在redis.conf文件中指定每一个实例的绑定ip信息。每个目录都要改，我们一键完成修改（在/tmp目录执行下列命令）

注意：这里单点IP地址要根据自己的进行修改

# 逐一执行
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7001/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7002/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7003/redis.conf

# 或者一键修改
printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' {}/redis.conf

为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令：

# 第1个
redis-server 7001/redis.conf
# 第2个
redis-server 7002/redis.conf
# 第3个
redis-server 7003/redis.conf

开启主从关系

现在三个实例还没有任何关系，要配置主从可以使用replicaof （5.0以后）或者slaveof命令。、

5.0版本以后新增replicaof，其效果跟slaveof命令一致

有临时和永久两种模式：

* 修改配置文件（永久生效）

* 在redis.conf中添加一行配置：```slaveof <masterip> <masterport>```

* 使用redis-cli客户端连接到redis服务，执行slaveof命令（重启后失效）：

设置7002和7003是从节点，7001s

通过redis-cli命令连接7002，执行下面命令：

# 连接 7002
redis-cli -p 7002
# 执行slaveof
slaveof 192.168.150.101 7001

通过redis-cli命令连接7003，执行下面命令：

# 连接 7003
redis-cli -p 7003
# 执行slaveof
slaveof 192.168.150.101 7001

然后连接 7001节点，查看集群状态：

# 连接 7001
redis-cli -p 7001
# 查看状态
info replication

数据同步原理

1.3 Redis哨兵（故障恢复）

哨兵的作用和工作原理

搭建哨兵集群

在tmp目录中创建三个目录分别用于存储哨兵

mkdir s1 s2 s3

在s1目录创建一个sentinel.conf文件，添加下面的内容

port 27001
sentinel announce-ip 192.168.150.101
sentinel monitor mymaster 192.168.150.101 7001 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
dir "/tmp/s1"

说明;

port 27001：是当前sentinel实例的端口

sentinel monitor mymaster 192.168.150.101 7001 2：指定主节点信息

mymaster：主节点名称，自定义，任意写

192.168.150.101 7001：主节点的ip和端口

2：选举master时的quorum值

然后将s1/sentinel.conf文件拷贝到s2、s3两个目录中（在/tmp目录执行下列命令）：

# 方式一：逐个拷贝
cp s1/sentinel.conf s2
cp s1/sentinel.conf s3
# 方式二：管道组合命令，一键拷贝
echo s2 s3 | xargs -t -n 1 cp s1/sentinel.conf

修改s2、s3两个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为27002、27003：

sed -i -e 's/27001/27002/g' -e 's/s1/s2/g' s2/sentinel.conf
sed -i -e 's/27001/27003/g' -e 's/s1/s3/g' s3/sentinel.conf

启动：

为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令：

# 第1个
redis-sentinel s1/sentinel.conf
# 第2个
redis-sentinel s2/sentinel.conf
# 第3个
redis-sentinel s3/sentinel.conf

RedisTemplate哨兵模式

创建项目redis-demo

引入依赖

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        </dependency>

配置redis：

logging:
  level:
    io.lettuce.core: debug
  pattern:
    dateformat: MM-dd HH:mm:ss:SSS
spring:
  redis:
    sentinel:
      master: mymaster
      nodes:
        - 192.168.92.138:27001
        - 192.168.92.138:27002
        - 192.168.92.138:27003

配置主从读写分离：

@SpringBootApplication
public class RedisDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(RedisDemoApplication.class, args);
    }

    //配置主从读写分离
    @Bean
    public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer configurationBuilderCustomizer(){
        return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.MASTER_PREFERRED);
    }

}

ReadForm是配置Redis的读取策略，是枚举，有以下选择：

  • MASTER：从主节点读取
  • MASTER_PREFERRED：优先从master节点读取，master不可使用才读取replica
  • REPLICA：从slave（replica）节点读取
  • REPLICA_PREFERRED：优先从slave（replica）节点读取，所有的slave都不可用才读取master

遇到问题

如果遇到了没有连接成功，记得关闭防火墙

sudo systemctl stop firewalld

1.4 Redis分片集群

Redis分片集群结构

搭建Redis分片集群结构

要想使7001、7002、7003均为master，他们的slave节点分片对应8001、8002、8003节点

首先，删除之前的7001、7002、7003这几个目录，重新创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 删除旧的，避免配置干扰
rm -rf 7001 7002 7003
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

在/tmp下准备一个新的redis.conf文件，内容如下：

注意：修改为对应的Redis端口号，默认为6379，记得修改注册的示例ip地址

port 6379
# 开启集群功能
cluster-enabled yes
# 集群的配置文件名称，不需要我们创建，由redis自己维护
cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf
# 节点心跳失败的超时时间
cluster-node-timeout 5000
# 持久化文件存放目录
dir /tmp/6379
# 绑定地址
bind 0.0.0.0
# 让redis后台运行
daemonize yes
# 注册的实例ip
replica-announce-ip 192.168.92.138
# 保护模式
protected-mode no
# 数据库数量
databases 1
# 日志
logfile /tmp/6379/run.log

将这个文件拷贝到每个目录下：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 执行拷贝
echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf

修改每个目录下的redis.conf，将其中的6379修改为与所在目录一致：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 修改配置文件
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t sed -i 's/6379/{}/g' {}/redis.conf

启动

因为已经配置了后台启动模式，所以可以直接启动服务：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 一键启动所有服务
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf

通过ps查看状态：

ps -ef | grep redis

如果要关闭所有进程，可以执行命令：

printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown

创建集群（先确保所有redis都启动服务）

虽然服务启动了，但是目前每个服务之间都是独立的，没有任何关联。

我们需要执行命令来创建集群，在Redis5.0之前创建集群比较麻烦，5.0之后集群管理命令都集成到了redis-cli中。

1）Redis5.0之前

Redis5.0之前集群命令都是用redis安装包下的src/redis-trib.rb来实现的。因为redis-trib.rb是有ruby语言编写的所以需要安装ruby环境。

# 安装依赖
yum -y install zlib ruby rubygems
gem install redis

然后通过命令来管理集群：

# 进入redis的src目录
cd /tmp/redis-6.2.4/src
# 创建集群
./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.92.138:7001 192.168.92.138:7002 192.168.92.138:7003 192.168.92.138:8001 192.168.92.138:8002 192.168.92.138:8003

2）Redis5.0以后

我们使用的是Redis6.2.4版本，集群管理以及集成到了redis-cli中，格式如下：

redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.92.138:7001 192.168.92.138:7002 192.168.92.138:7003 192.168.92.138:8001 192.168.92.138:8002 192.168.92.138:8003

命令说明：

  • redis-cli --cluster或者/redis-trib.rb：代表集群操作命令
  • create：代表是创建集群
  • --replicas 1或者--cluster-replicas 1 ：指定集群中每个master的副本个数为1，此时节点总数 ÷ (replicas + 1)得到的就是master的数量。因此节点列表中的前n个就是master，其它节点都是slave节点，随机分配到不同master

通过命令可以查看集群状态：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

测试

尝试连接7001节点，存储一个数据：

# 连接
redis-cli -p 7001
# 存储数据
set num 123
# 读取数据
get num
# 再次存储
set a 1

报错(error) MOVED 15495 192.168.92.138:7003

这是因为，在集群操作时，需要给 redis-cli 加上 -c 参数才可以：

redis-cli -c -p 7001

Redis散列插槽

Redis会把每一个master节点映射到0~16384个插槽上，通过查看集群信息时即可看到每个节点插槽的区间

通过命令可以查看集群状态：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

Redis集群伸缩

redis-cli --cluster提供很多操作集群的命令，可以通过下面的命令查看：

redis-cli --cluster help

添加一个 节点到集群

先创建一个7004端口的redis

mkdir 7004

cp redis.conf 7004

sed -i s/6379/7004/g 7004/redis.conf

启动该redis

redis-server 7004/redis.conf

将redis加入集群

格式：redis-cli --cluster add-node ip地址:新redis端口 ip地址:集群中已存在任意一个节点的端口

例如：

redis-cli --cluster add-node 192.168.92.138:7004 192.168.92.138:7001

将7001的redis插槽分配些给新增的redis

redis-cli --cluster reshard 192.168.92.138:7001

填写所分配的插槽数和分配给对应Redis节点的ID

填写插槽来源的ID是7001，最后done结束

Redis故障迁移

如果集群中一个master宕机会发生什么呢？

例如使7002节点宕机

redis-cli -p 7002 shutdown

会发现该节点的slave变成了master

再次启动该7002节点变成了slave

手动进行故障迁移

在7002这个slave节点执行手动故障转移，重新夺回master地位

首先使用redis-cli连接7002节点

redis-cli -p 7002

然后执行cluster failover命令

CLUSTER FAILOVER

RedisTemplate访问分片集群，只需要在原有的基础上修改application.yml文件即可

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