NoSql数据库Redis集群

小兔会写代码2024-08-30 19:13

一、关系型数据库和NoSQL数据库

1.1数据库主要分为两大类：关系型数据库与NoSQL****数据库

关系型数据库 ，是建立在关系模型基础上的数据库，其借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中的数据主流的 MySQL 、 Oracle 、 MS SQL Server 和 DB2 都属于这类传统数据库。

NoSQL****数据库，全称为 Not Only SQL，意思就是适用关系型数据库的时候就使用关系型数据库，不适用的时候也没有必要非使用关系型数据库不可，可以考虑使用更加合适的数据存储。主要分为临时性键值存储（memcached、Redis）、永久性键值存储（ROMA、Redis）、面向文档的数据库（MongoDB、CouchDB）、面向列的数据库（Cassandra、HBase），每种 NoSQL 都有其特有的使用场景及优点。

1.2为什么还要用NoSQL****数据库呢？

主要是由于随着互联网发展，数据量越来越大，对性能要求越来越高，传统数据库存在着先天性的缺陷，即单机（单库）性能瓶颈，并且扩展困难。这样既有单机单库瓶颈，却又扩展困难，自然无法满足日益增长的海量数据存储及其性能要求，所以才会出现了各种不同的 NoSQL 产品， NoSQL 根本性的优势在于在云计算时代，简单、易于大规模分布式扩展，并且读写性能非常高

1.3 RDBMS和NOSQL****的特点及优缺点：

二、Remote Dictionary Server简介

2.1什么是redis

Redis (Remote Dictionary Server)
在 2009 年发布，开发者是意大利的萨尔瓦多 · 桑菲利波普（ Salvatore Sanfilippo ），他本想为自己的公司开发一个用于替换MySQL 的产品 Redis ，但是没有想到他把 Redis 开源后大受欢迎，短短几年， Redis 就有了很大的用户群体，目前国内外使用的公司众多, 比如 : 阿里 , 百度 , 新浪微博 , 知乎网 ,GitHub,Twitter 等
Redis 是一个开源的、遵循 BSD 协议的、基于内存的而且目前比较流行的键值数据库 (key-value database)，是一个非关系型数据库， redis 提供将内存通过网络远程共享的一种服务，提供类似功能的还有memcached ，但相比 memcached ， redis 还提供了易扩展、高性能、具备数据持久性等功能。
Redis 在高并发、低延迟环境要求比较高的环境使用量非常广泛

2.2 Redis****特性

  • 速度快: 10W QPS,基于内存,C语言实现
  • 单线程
  • 持久化
  • 支持多种数据结构
  • 支持多种编程语言
  • 功能丰富: 支持Lua脚本,发布订阅,事务,pipeline等功能
  • 简单: 代码短小精悍(单机核心代码只有23000行左右),单线程开发容易,不依赖外部库,使用简单
  • 主从复制
  • 支持高可用和分布式


单线程为何如此快 ?

  • 纯内存
  • 非阻塞
  • 避免线程切换和竞态消耗

2.3 Redis****应用场景

  • Session 共享：常见于web集群中的Tomcat或者PHP中多web服务器session共享
  • 缓存：数据查询、电商网站商品信息、新闻内容
  • 计数器：访问排行榜、商品浏览数等和次数相关的数值统计场景
  • 微博/微信社交场合：共同好友,粉丝数,关注,点赞评论等
  • 消息队列：ELK的日志缓存、部分业务的订阅发布系统
  • 地理位置: 基于GEO(地理信息定位),实现摇一摇,附近的人,外卖等功能

2.4****缓存的实现流程

数据更新操作流程


数据读操作流程

三、Redis的安装

官方下载地址：http://download.redis.io/releases/

3.1 源码安装

导入压缩包，解压

下载编译软件

编译


启动Redis

文件内

配置redis

四、Redis的基本操作

五、Redis主从复制

5.1****环境配置

redis-node1 master
redis-node2 slave
redis-node3 slave

5.2****配置主从同步

5.2.1.修改mastser****节点的配置文件

5.2.2.配置slave****节点（2/3都要）

**5.2.3.**测试效果

在mastser节点


在slave节点查看

5.3****主从同步过程

  • slave节点发送同步亲求到master节点

  • slave节点通过master节点的认证开始进行同步

  • master节点会开启bgsave进程发送内存rbd到slave节点，在此过程中是异步操作，也就是说master节点仍然可以进行写入动作

  • slave节点收到rdb后首先清空自己的所有数据

  • slave节点加载rdb并进行数据恢复

  • 在master和slave同步过程中master还会开启新的bgsave进程把没有同步的数据进行缓存

  • 然后通过自有的replactionfeedslave函数把未通过内存快照发动到slave的数据一条一条写入到slave中

六、Redis的哨兵（高可用）

实验环境：我们用主两从来实现Redis的高可用架构

6.1 Redis****哨兵


Sentinel 进程是用于监控 redis 集群中 Master 主服务器工作的状态，在 Master 主服务器发生故障的时候，可以实现Master 和 Slave 服务器的切换，保证系统的高可用，此功能在 redis2.6+ 的版本已引用， Redis 的哨兵模式到了2.8 版本之后就稳定了下来。一般在生产环境也建议使用 Redis 的 2.8 版本的以后版本
每个哨兵 (Sentinel) 进程会向其它哨兵 (Sentinel) 、 Master 、 Slave 定时发送消息，以确认对方是否 " 活 "着，如果发现对方在指定配置时间( 此项可配置 ) 内未得到回应，则暂时认为对方已离线，就是所谓的 "主观认为宕机" ( 主观 : 是每个成员都具有的独自的而且可能相同也可能不同的意识 ) ，英文名称：Subjective Down，简称 SDOWN
有主观宕机，对应的有客观宕机。当 " 哨兵群 " 中的多数 Sentinel 进程在对 Master 主服务器做出 SDOWN 的判断，并且通过 SENTINEL is-master-down-by-addr 命令互相交流之后，得出的 Master Server 下线判断，这种方式就是" 客观宕机 "( 客观 : 是不依赖于某种意识而已经实际存在的一切事物 ) ，英文名称是：Objectively Down， 简称 ODOWN
通过一定的 vote 算法，从剩下的 slave 从服务器节点中，选一台提升为 Master 服务器节点，然后自动修改相关配置，并开启故障转移（failover ）
Sentinel 机制可以解决 master 和 slave 角色的自动切换问题，但单个 Master 的性能瓶颈问题无法解决 , 类似于MySQL 中的 MHA 功能
Redis Sentinel 中的 Sentinel 节点个数应该为大于等于 3 且最好为奇数

sentinel 中的三个定时任务

  • 每10秒每个sentinel对master和slave执行info
    • 发现slave节点
    • 确认主从关系
  • 每2秒每个sentinel通过master节点的channel交换信息(pub/sub)
    • 通过sentinel__:hello频道交互
    • 交互对节点的"看法"和自身信息
  • 每1秒每个sentinel对其他sentinel和redis执行pi

6.2****哨兵的实验过程

在所有阶段中关闭 protected-mode no

6.2.1.在master节点中

复制代码 
protected-mode no                      #关闭保护模式
port 26379                             #监听端口
daemonize no                           #进入不打如后台
pidfile /var/run/redis-sentinel.pid    #sentinel进程pid文件
loglevel notice                        #日志级别
sentinel monitor mymaster 172.25.254.100 6379 2     #创建sentinel监控监控master主机，2表示必须得到2票
sentinel down-after-milliseconds mymaster 10000     #master中断时长，10秒连不上视为
master下线
sentinel parallel-syncs mymaster 1             #发生故障转移后，同时开始同步新master数据的slave数量
sentinel failover-timeout mymaster 180000     #整个故障切换的超时时间为3分钟

6.2.2 启动服务

**6.3.**在整个架构中可能会出现的问题

问题：
在生产环境中如果 master 和 slave 中的网络出现故障，由于哨兵的存在会把 master 提出去
当网络恢复后， master 发现环境发生改变， master 就会把自己的身份转换成 slave
master 变成 slave 后会把网络故障那段时间写入自己中的数据清掉，这样数据就丢失了。
解决：
master 在被写入数据时会持续连接 slave ， mater 确保有 2 个 slave 可以写入我才允许写入
如果 slave 数量少于 2 个便拒绝写入
在matster中设定

七、Redis Cluster（无中心化设计）

7.1 Redis Cluster****工作原理

在哨兵 sentinel 机制中，可以解决 redis 高可用问题，即当 master 故障后可以自动将 slave 提升为 master ，从而可以保证redis 服务的正常使用，但是无法解决 redis 单机写入的瓶颈问题，即单机 redis 写入性能受限于单机的内存大小、并发数量、网卡速率等因素。
redis 3.0 版本之后推出了无中心架构的 redis cluster 机制，在无中心的 redis 集群当中，其每个节点保存当前节点数据和整个集群状态, 每个节点都和其他所有节点连接

Redis Cluster 特点如下

  1. 所有Redis节点使用(PING机制)互联
  2. 集群中某个节点的是否失效，是由整个集群中超过半数的节点监测都失效，才能算真正的失效
  3. 客户端不需要proxy即可直接连接redis，应用程序中需要配置有全部的redis服务器IP
  4. redis cluster把所有的redis node 平均映射到 0-16383个槽位(slot)上，读写需要到指定的redis node上进行操作，因此有多少个redis node相当于redis 并发扩展了多少倍，每个redis node 承担16384/N个槽位
  5. Redis cluster预先分配16384个(slot)槽位，当需要在redis集群中写入一个key -value的时候，会使用CRC16(key) mod 16384之后的值，决定将key写入值哪一个槽位从而决定写入哪一个Redis节点上，从而有效解决单机瓶颈。

Redis cluster 架构

假如三个主节点分别是： A, B, C 三个节点，采用哈希槽 (hash slot) 的方式来分配 16384 个 slot 的话它们三个节点分别承担的slot 区间可以是：

复制代码 
节点A覆盖 0－5460
节点B覆盖 5461－10922
节点C覆盖 10923－16383

Redis cluster 主从架构
Redis cluster 的架构虽然解决了并发的问题，但是又引入了一个新的问题，每个 Redis master 的高可用如何解决？
那就是对每个 master 节点都实现主从复制 , 从而实现 redis 高可用性

Redis Cluster 部署架构说明

7.2创建redis cluster****的前提

  1. 每个redis node节点采用相同的硬件配置、相同的密码、相同的redis版本。

  2. 每个节点必须开启的参数

    cluster-enabled yes #必须开启集群状态，开启后redis进程会有cluster显示
    cluster-config-file nodes-6380.conf #此文件有redis cluster集群自动创建和维护，不需要任何手动操作

  3. 所有redis服务器必须没有任何数据

  4. 先启动为单机redis且没有任何key value

7.3部署redis cluster

在所有 redis 主机中

复制代码 
vim /etc/redis/redis.conf

masterauth "123456" 
requirepass "123456" 
cluster-enabled yes 
cluster-config-file nodes-6379.conf 
cluster-node-timeout 15000

启动

复制代码 
systemctl restart redis.service

进入认证


将文件复制到其他主机上
然后启动

7.4 创建****redis-cluster

7.4.1配置集群cluster

设置主和从

检测redis集群状态

集群info

7.5****集群扩容

四主四从

添加master

复制代码 
redis-cli -a 123456 --cluster add-node 172.25.254.40:6379 172.25.254.10:6379


分配槽位

复制代码 
redis-cli -a 123456 --cluster reshard 172.25.254.10:6379


添加salve

复制代码 
 redis-cli -a 123456 --cluster add-node 172.25.254.140:6379 172.25.254.10:6379 --cluster-slave --cluster-master-id 009571cb206a89afa6658b60b2d403136056ac09

结果

7.6 clsuter集群维护点我去使用流量券~

添加节点的时候是先添加 node 节点到集群，然后分配槽位，删除节点的操作与添加节点的操作正好相反，是先将被删除的Redis node 上的槽位迁移到集群中的其他 Redis node 节点上，然后再将其删除，如果一个Redis node 节点上的槽位没有被完全迁移，删除该 node 的时候会提示有数据且无法删除。

删除master

复制代码 
 redis-cli -a 123456 --cluster del-node 172.25.254.120:6379 d458f34fa900d83212c021dc1e65396e490b5495

 redis-cli -a 123456 --cluster del-node 172.25.254.120:6379 d458f34fa900d83212c021dc1e65396e490b5495


移除要下线主机的哈希槽位

复制代码 
redis-cli -a 123456 --cluster reshard 172.25.254.20:6379
相关推荐
数据智能老司机3 小时前
CockroachDB权威指南——CockroachDB SQL
数据库·分布式·架构
数据智能老司机4 小时前
CockroachDB权威指南——开始使用
数据库·分布式·架构
松果猿4 小时前
空间数据库学习（二）—— PostgreSQL数据库的备份转储和导入恢复
数据库
Kagol4 小时前
macOS 和 Windows 操作系统下如何安装和启动 MySQL / Redis 数据库
redis·后端·mysql
无名之逆4 小时前
Rust 开发提效神器：lombok-macros 宏库
服务器·开发语言·前端·数据库·后端·python·rust
s9123601014 小时前
rust 同时处理多个异步任务
java·数据库·rust
数据智能老司机5 小时前
CockroachDB权威指南——CockroachDB 架构
数据库·分布式·架构
hzulwy5 小时前
Redis常用的数据结构及其使用场景
数据库·redis
程序猿熊跃晖5 小时前
解决 MyBatis-Plus 中 `update.setProcInsId(null)` 不生效的问题
数据库·tomcat·mybatis
ashane13146 小时前
Redis 哨兵集群（Sentinel）与 Cluster 集群对比
redis
热门推荐
01我决定放弃搞 Java 了02DeepSeek各版本说明与优缺点分析03如何在WPS和Word/Excel中直接使用DeepSeek功能04RAG 实践- Ollama+RagFlow 部署本地知识库05本地化部署AI知识库：基于Ollama+DeepSeek+AnythingLLM保姆级教程06从零安装 LLaMA-Factory 微调 Qwen 大模型成功及所有的坑07如何本地部署AI智能体平台，带你手搓一个AI Agent08苍穹外卖面试总结09DeepSeek RAGFlow构建本地知识库系统10【芯片封测学习专栏 -- D2D 和 C2C 之间的区别】