Redis（49）Redis哨兵如何实现故障检测和转移？

Redis 哨兵（Sentinel）通过一套精巧的机制实现了故障检测和故障转移。它通过监控 Redis 主节点和从节点的状态，确保在主节点发生故障时，能够及时检测并执行故障转移，确保系统的高可用性。下面详细探讨 Redis 哨兵如何实现故障检测和转移，并结合代码示例加以说明。

故障检测

Redis 哨兵通过以下步骤实现故障检测：

1. 主观下线（Subjective Down, SDOWN）：

   • 每个哨兵定期（默认每秒）向它监视的每个 Redis 实例（主节点和从节点）发送 PING 命令。如果在指定时间内（由 sentinel down-after-milliseconds 配置项决定）没有收到实例的回复，则该哨兵会将该实例标记为主观下线。

   sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000

2. 客观下线（Objective Down, ODOWN）：

   • 当哨兵将某个实例标记为主观下线后，它会与其他哨兵交换信息。如果足够多的哨兵（由 sentinel monitor mymaster 配置项中的 quorum 决定）都认为该实例不可用，则该实例会被标记为客观下线。

   sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2

故障转移

当哨兵系统确定主节点客观下线后，会进行以下步骤实现故障转移：

1. 选举领头哨兵：

   • 所有参与监控的哨兵会进行一次选举，选举出一个哨兵作为领头哨兵，负责执行故障转移操作。选举基于 Raft 算法。

   sentinel failover-timeout mymaster 60000

2. 选择新的主节点：

   • 领头哨兵会从现有的从节点中挑选一个作为新的主节点。选择依据包括延迟、同步状态等。

3. 提升从节点并重新配置：

   • 领头哨兵将选定的从节点提升为新的主节点，同时将其他从节点重新配置为新的主节点的从节点。

   sentinel parallel-syncs mymaster 1

4. 通知客户端：

   • 哨兵会更新其自己的配置文件，并通知所有 Redis 客户端新的主节点的地址。

   sentinel client-reconfig-script mymaster /path/to/notification/script.sh

配置和代码示例

以下是一个完整的 Redis 哨兵配置示例，展示了如何配置和实现故障检测和转移。

主节点配置 (redis-master.conf)

port 6379
bind 0.0.0.0
dir /var/lib/redis
appendonly yes

启动主节点：

redis-server redis-master.conf

从节点配置 (redis-slave.conf)

port 6380
bind 0.0.0.0
dir /var/lib/redis
appendonly yes
slaveof 127.0.0.1 6379

启动从节点：

redis-server redis-slave.conf

哨兵配置 (sentinel.conf)

port 26379
dir /tmp

# 监控主节点
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2

# 主节点不可用时间(毫秒)
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000

# 同步从节点的数量
sentinel parallel-syncs mymaster 1

# 故障转移超时时间(毫秒)
sentinel failover-timeout mymaster 60000

# 通知脚本
sentinel client-reconfig-script mymaster /path/to/notification/script.sh

启动哨兵：

redis-sentinel sentinel.conf

Java 客户端示例

使用 Jedis 库连接 Redis 哨兵集群，并进行简单的 Redis 操作。

引入 Jedis 库

在 Maven 项目中添加 Jedis 依赖：

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>3.6.3</version>
</dependency>

Java 代码示例

以下 Java 代码展示了如何使用 Jedis 库连接和操作带有 Sentinel 的 Redis 集群。

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisSentinelPool;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class RedisSentinelExample {
    private static final String MASTER_NAME = "mymaster";

    public static void main(String[] args) {
        // 定义 Sentinel 节点
        Set<String> sentinels = new HashSet<>();
        sentinels.add("127.0.0.1:26379");

        // 创建 JedisSentinelPool 对象
        try (JedisSentinelPool sentinelPool = new JedisSentinelPool(MASTER_NAME, sentinels);
             Jedis jedis = sentinelPool.getResource()) {

            // 执行 Redis 操作
            jedis.set("mykey", "myvalue");
            String value = jedis.get("mykey");
            System.out.println("mykey: " + value);

            // 输出连接的主节点信息
            System.out.println("Connected to master: " + jedis.getClient().getHost() + ":" + jedis.getClient().getPort());
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("Error: " + e.getMessage());
        }
    }
}

总结

Redis 哨兵通过主观下线和客观下线机制实现故障检测，并通过领头哨兵选举、提升从节点为新主节点、重新配置从节点以及通知客户端实现故障转移。合理的哨兵配置可以确保 Redis 集群在主节点故障时能够迅速恢复，提高系统的高可用性。