前言：所谓的高可用，也叫HA（High Availability），是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计减少系统不能提供服务的时间。 如果在实际生产中，如果redis只部署一个节点，当机器故障时，整改服务都不能提供服务了。这就是我们常说的单点故障。 如果redis部署了多台，当一台或几台故障时，整个系统依然可以对外提供服务，这样就提高了服务的可用性。 今天我们就聊聊redis高可用的三种模式：主从模式，哨兵模式，集群模式。

1、主从模式

一般，系统的高可用都是通过部署多台机器实现的。redis为了避免单点故障，也需要部署多台机器。因为部署了多台机器，所以就会涉及到不同机器的的数据同步问题。
为此，redis提供了Redis提供了复制(replication)功能，当一台redis数据库中的数据发生了变化，这个变化会被自动的同步到其他的redis机器上去。
redis多机器部署时，这些机器节点会被分成两类，一类是主节点（master节点），一类是从节点（slave节点）。一般主节点可以进行读、写操作，而从节点只能进行读操作。同时由于主节点可以写，数据会发生变化，当主节点的数据发生变化时，会将变化的数据同步给从节点，这样从节点的数据就可以和主节点的数据保持一致了。一个主节点可以有多个从节点，但是一个从节点会只会有一个主节点，也就是所谓的一主多从结构。

机器规划

如何配置

主节点按照正常配置配置好即可。从节点需要修改相关参数，修改redis.conf

# 配置主节点的ip和端口，注意：Redis 5.0之后使用replicaof 192.168.0.60 6379
slaveof 192.168.1.10 6379
# 从redis2.6开始，从节点默认是只读的
slave-read-only yes
# 假设主节点有登录密码，是123456
masterauth 123456

也可以不需要做配置，但是从节点启动参数需要指定：
./redis-server --slaveof 192.168.1.10 6379
启动时，先启动主节点，再启动从节点。

切换主节点

系统运行时，如果master挂掉了，可以在一个从库（如slave1）上手动执行命令slaveof no one，将slave1变成新的master；在slave2和slave3上分别执行slaveof 192.168.1.11 6379 将这两个机器的主节点指向的这个新的master；同时，挂掉的原master启动后作为新的slave也指向新的master上。
执行命令slaveof no one命令，可以关闭从服务器的复制功能。同时原来同步的所得的数据集都不会被丢弃。

主从复制的原理

主从模式优缺点

优点

• 支持主从复制，主机会自动将数据同步到从机，可以进行读写分离;
• 为了分载Master的读操作压力，Slave服务器可以为客户端提供只读操作的服务，写服务依然必须由Master来完成;
• Slave同样可以接受其他Slaves的连接和同步请求，这样可以有效地分载Master的同步压力;
• Master是以非阻塞的方式为Slaves提供服务。所以在Master-Slave同步期间，客户端仍然可以提交查询或修改请求;
• Slave同样是以阻塞的方式完成数据同步。在同步期间，如果有客户端提交查询请求，Redis则返回同步之前的数据。

缺点

• Redis不具备自动容错和恢复功能，主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败，需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复;
• 主机宕机，宕机前有部分数据未能及时同步到从机，切换IP后还会引入数据不一致的问题，降低了系统的可用性;

• 如果多个Slave断线了，需要重启的时候，尽量不要在同一时间段进行重启。因为只要Slave启动，就会发送sync请求和主机全量同步，当多个Slave重启的时候，可能会导致Master IO剧增从而宕机。

  2、哨兵模式

  主从模式下，当主服务器宕机后，需要手动把一台从服务器切换为主服务器，这就需要人工干预，费事费力，还会造成一段时间内服务不可用。这种方式并不推荐，实际生产中，我们优先考虑哨兵模式。这种模式下，master宕机，哨兵会自动选举master并将其他的slave指向新的master。
  在主从模式下，redis同时提供了哨兵命令redis-sentinel，哨兵是一个独立的进程，作为进程，它会独立运行。其原理是哨兵进程向所有的redis机器发送命令，等待Redis服务器响应，从而监控运行的多个Redis实例。
  哨兵可以有多个，一般为了便于决策选举，使用奇数个哨兵。哨兵可以和redis机器部署在一起，也可以部署在其他的机器上。多个哨兵构成一个哨兵集群，哨兵直接也会相互通信，检查哨兵是否正常运行，同时发现master宕机哨兵之间会进行决策选举新的master。
  
  哨兵的作用:

• 通过发送命令，让Redis服务器返回监控其运行状态，包括主服务器和从服务器;

• 当哨兵监测到master宕机，会自动将slave切换到master，然后通过发布订阅模式通过其他的从服务器，修改配置文件，让它们切换主机;
• 然而一个哨兵进程对Redis服务器进行监控，也可能会出现问题，为此，我们可以使用多个哨兵进行监控。各个哨兵之间还会进行监控，这样就形成了多哨兵模式。

哨兵很像常用的注册中心zookeeper的功能。

机器规划

如何配置

redis.conf配置文件和主从模式一模一样，不再赘述，这里主要说一下哨兵配置文件。首先在conf文件夹下面手动建文件
sentinel.conf，做如下配置：

# 禁止保护模式
protected-mode no
# 配置监听的主服务器，这里sentinel monitor代表监控，mymaster代表服务器的名称，可以自定义，
#192.168.1.10代表监控的主服务器，6379代表端口，2代表只有两个或两个以上的哨兵认为主服务器不可用的时候，才会进行failover操作。
sentinel monitor mymaster 192.168.1.10 6379 2
# sentinel author-pass定义服务的密码，mymaster是服务名称，123456是Redis服务器密码
sentinel auth-pass mymaster 123456

哨兵模式工作流程

• 每个Sentinel（哨兵）进程以每秒钟一次的频率向整个集群中的Master主服务器，Slave从服务器以及其他Sentinel（哨兵）进程发送一个 PING 命令。
• 如果一个实例（instance）距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 选项所指定的值， 则这个实例会被 Sentinel（哨兵）进程标记为主观下线（SDOWN）
• 如果一个Master主服务器被标记为主观下线（SDOWN），则正在监视这个Master主服务器的所有 Sentinel（哨兵）进程要以每秒一次的频率确认Master主服务器的确进入了主观下线状态
• 当有足够数量的 Sentinel（哨兵）进程（大于等于配置文件指定的值）在指定的时间范围内确认Master主服务器进入了主观下线状态（SDOWN）， 则Master主服务器会被标记为客观下线（ODOWN）
• 在一般情况下， 每个 Sentinel（哨兵）进程会以每 10 秒一次的频率向集群中的所有Master主服务器、Slave从服务器发送 INFO 命令。
• 当Master主服务器被 Sentinel（哨兵）进程标记为客观下线（ODOWN）时，Sentinel（哨兵）进程向下线的 Master主服务器的所有 Slave从服务器发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次。

• 若没有足够数量的 Sentinel（哨兵）进程同意 Master主服务器下线， Master主服务器的客观下线状态就会被移除。若 Master主服务器重新向 Sentinel（哨兵）进程发送 PING 命令返回有效回复，Master主服务器的主观下线状态就会被移除。

  哨兵模式的优缺点

  优点

• 哨兵模式是基于主从模式的，所有主从的优点，哨兵模式都具有。

• 主从可以自动切换，系统更健壮，可用性更高。

  缺点

• 具有主从模式的缺点，每台机器上的数据是一样的，内存的可用性较低。

• Redis较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。

  三、集群模式

  Redis 的哨兵模式基本已经可以实现高可用，读写分离 ，但是在这种模式下每台 Redis 服务器都存储相同的数据，很浪费内存，所以在redis3.0上加入了 Cluster 集群模式，实现了 Redis 的分布式存储，对数据进行分片，也就是说每台 Redis 节点上存储不同的内容；
  
  这里的6台redis两两之间并不是独立的，每个节点都会通过集群总线(cluster bus)，与其他的节点进行通信。通讯时使用特殊的端口号，即对外服务端口号加10000。例如如果某个node的端口号是6379，那么它与其它nodes通信的端口号是16379。nodes之间的通信采用特殊的二进制协议。
  对客户端来说，整个cluster被看做是一个整体，客户端可以连接任意一个node进行操作，就像操作单一Redis实例一样，当客户端操作的key没有分配到该node上时，Redis会返回转向指令，指向正确的node，这有点儿像浏览器页面的302 redirect跳转。
  根据官方推荐，集群部署至少要 3 台以上的master节点，最好使用 3 主 3 从六个节点的模式。测试时，也可以在一台机器上部署这六个实例，通过端口区分出来。

  如何配置

  详情参阅
  Redis-cluster安装配置文档.docx

  运行机制

  在 Redis 的每一个节点上，都有这么两个东西，一个是插槽（slot），它的的取值范围是：0-16383，可以从上面redis-trib.rb执行的结果看到这16383个slot在三个master上的分布。还有一个就是cluster，可以理解为是一个集群管理的插件，类似的哨兵。
  当我们的存取的 Key到达的时候，Redis 会根据 crc16的算法对计算后得出一个结果，然后把结果和16384 求余数，这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383 之间的哈希槽，通过这个值，去找到对应的插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作。
  当数据写入到对应的master节点后，这个数据会同步给这个master对应的所有slave节点。
  为了保证高可用，redis-cluster集群引入了主从模式，一个主节点对应一个或者多个从节点。当其它主节点ping主节点master 1时，如果半数以上的主节点与master 1通信超时，那么认为master 1宕机了，就会启用master 1的从节点slave 1，将slave 1变成主节点继续提供服务。
  如果master 1和它的从节点slave 1都宕机了，整个集群就会进入fail状态，因为集群的slot映射不完整。如果集群超过半数以上的master挂掉，无论是否有slave，集群都会进入fail状态。
  redis-cluster采用去中心化的思想，没有中心节点的说法，客户端与Redis节点直连，不需要中间代理层，客户端不需要连接集群所有节点，连接集群中任何一个可用节点即可。

  集群扩缩容

  对redis集群的扩容就是向集群中添加机器，缩容就是从集群中删除机器，并重新将16383个slots分配到集群中的节点上（数据迁移）。扩缩容也是使用集群管理工具 redis-tri.rb。
  扩容时，先使用redis-tri.rb add-node将新的机器加到集群中，这是新机器虽然已经在集群中了，但是没有分配slots，依然是不起做用的。在使用 redis-tri.rb reshard进行分片重哈希（数据迁移），将旧节点上的slots分配到新节点上后，新节点才能起作用。
  缩容时，先要使用 redis-tri.rb reshard移除的机器上的slots，然后使用redis-tri.rb add-del移除机器。

  集群模式的优缺点

  优点

• 采用去中心化思想，数据按照 slot 存储分布在多个节点，节点间数据共享，可动态调整数据分布;

• 可扩展性：可线性扩展到 1000 多个节点，节点可动态添加或删除;
• 高可用性：部分节点不可用时，集群仍可用。通过增加 Slave 做 standby 数据副本，能够实现故障自动 failover，节点之间通过 gossip 协议交换状态信息，用投票机制完成 Slave 到 Master 的角色提升;
• 降低运维成本，提高系统的扩展性和可用性。

缺点

• 1.Redis Cluster是无中心节点的集群架构，依靠Goss协议(谣言传播)协同自动化修复集群的状态
• 但 GosSIp有消息延时和消息冗余的问题，在集群节点数量过多的时候，节点之间需要不断进行 PING/PANG通讯，不必须要的流量占用了大量的网络资源。虽然Reds4.0对此进行了优化，但这个问题仍然存在。
• 2.数据迁移问题
• Redis Cluster可以进行节点的动态扩容缩容，这一过程，在目前实现中，还处于半自动状态，需要人工介入。在扩缩容的时候，需要进行数据迁移。
• 而 Redis为了保证迁移的一致性，迁移所有操作都是同步操作，执行迁移时，两端的 Redis均会进入时长不等的阻塞状态，对于小Key，该时间可以忽略不计，但如果一旦Key的内存使用过大，严重的时候会接触发集群内的故障转移，造成不必要的切换。

  四、总结

  主从模式：master节点挂掉后，需要手动指定新的master，可用性不高，基本不用。
  哨兵模式：master节点挂掉后，哨兵进程会主动选举新的master，可用性高，但是每个节点存储的数据是一样的，浪费内存空间。数据量不是很多，集群规模不是很大，需要自动容错容灾的时候使用。
  集群模式：数据量比较大，QPS要求较高的时候使用。 Redis Cluster是Redis 3.0以后才正式推出，时间较晚，目前能证明在大规模生产环境下成功的案例还不是很多，需要时间检验。