Redis的这些拓展方案

分区

> 概述

分区(Partitioning)是一种最为简单的拓展方式。
在我们面临单机的存储空间瓶颈时，第一点就能想到像传统的关系型数据库一样，进行数据分区。
或者假设手中有N台机器可以作为Redis服务器，所有机器内存总和有256G, 而客户端正好也需要一个大内存的存储空间。
我们除了可以把内存条都拆下来焊到一个机器上，也可以选择分区使用，这样又拓展了计算能力。
单指分区来讲，即将全部数据分散在多个Redis实例中，每个实例不需要关联，可以是完全独立的。

> 使用方式

• 客户端处理
  和传统的数据库分库分表一样，可以从key入手，先进行计算，找到对应数据存储的实例在进行操作。范围角度，比如orderId:1~orderId:1000放入实例1，orderId:1001~orderId:2000放入实例2。
  哈希计算，就像我们的hashmap一样，用hash函数加上位运算或者取模，高级玩法还有一致性Hash等操作，找到对应的实例进行操作

• 使用代理中间件
  我们可以开发独立的代理中间件，屏蔽掉处理数据分片的逻辑，独立运行。
  当然也有他人已经造好的轮子，Redis也有优秀的代理中间件，譬如Twemproxy，或者codis，可以结合场景选择是否使用。

  > 缺点

• 无缘多key操作，key都不一定在一个实例上，那么多key操作或者多key事务自然是不支持。

• 维护成本，由于每个实例在物理和逻辑上，都属于单独的一个节点，缺乏统一管理。
• 灵活性有限，范围分片还好，比如hash+MOD这种方式，如果想动态调整Redis实例的数量，就要考虑大量数据迁移，这就非常麻烦了。

同为开发者，深知我们虽然总能“曲线救国”的完成一些当前环境不支持的功能，但是总归要麻烦一些。

主从

> 概述数据迁移

常说的主从(Master-Slave)，也就是复制(Replication)方式，怎么称呼都可以。
同上面的分区一样，也是Redis高可用架构的基础，新手可能会误以为这类基础模式即是“高可用”，这并不是十分正确的。
分区暂时能解决单点无法容纳的数据量问题，但是一个Key还是只在一个实例上，在大流量时代显得不那么可靠。
主从就是另一个纬度的拓展，节点将数据同步到从节点，就像将实例“分身”了一样，可靠性又提高了不少。

图画的有些夸张了，主要还是想体现结构灵活，是一主一从，还是一主多从，还是一主多从多从… 看你心情
有了“实例分身”，自然就可以做读写分离，将读流量均摊在各个从节点。

> 使用方式

高手云集的时代，聊天软件难免要备上这么一张表情包。
这表情包和使用方式有什么关系呢？首先看看使用方式：

1. 作为主节点的Redis实例，并不要求配置任何参数，只需要正常启动
2. 作为从节点的实例，使用配置文件或命令方式REPLICAOF 主节点Host 主节点port即可完成主从配置

是不是和表情包一样，“dalao”没动，我去“抱大腿”。
这样一个主从最小配置就完成了，主从实例即可对外提供服务。
命令里的“主节点”是相对的，slave也可以抱slave大腿，也就是上文提到的结构灵活。

> 缺点

• slave节点都是只读的，如果写流量大的场景，就有些力不从心了。
  那我把slave节点只读关掉不就行了？当然不行，数据复制是由主到从，从节点独有数据同步不到主节点，数据就不一致了。
• 故障转移不友好，主节点挂掉后，写处理就无处安放，需要手工的设定新的主节点，如使用REPLICAOF no one(谁大腿我都不抱了) 晋升为主节点，再梳理其他slave节点的新主配置，相对来说比较麻烦。

  哨兵

  > 概述

  主从的手工故障转移，肯定让人很难接受，自然就出现了高可用方案-哨兵（Sentinel）。
  我们可以在主从架构不变的场景，直接加入Redis Sentinel，对节点进行监控，来完成自动的故障发现与转移。
  并且还能够充当配置提供者，提供主节点的信息，就算发生了故障转移，也能提供正确的地址。
  哨兵本身也是Redis实例的一种，但不作为数据存储方使用，启动命令也是不一样的。
  

  > 使用方式

  Sentinel的最小配置，一行即可：
  只需要配置master即可，然后用redis-sentinel <配置文件> 命令即可启用。

  sentinel monitor <主节点别名> <主节点host> <主节点端口> <票数>

  Redis官网提到的“最小配置”是如下所示，除了上面提到的一行，还有其它的一些配置： ```go sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2 sentinel down-after-milliseconds mymaster 60000 sentinel failover-timeout mymaster 180000 sentinel parallel-syncs mymaster 1

sentinel monitor resque 192.168.1.3 6380 4 sentinel down-after-milliseconds resque 10000 sentinel failover-timeout resque 180000 sentinel parallel-syncs resque 5

这是因为官网加了一个修饰词，是“**典型的最小配置**”，把重要参数和**多主**的例子都写出来了，照顾大家CV大法的时候，不要忘记重要参数，其实都是有默认值的。
正如该例所示，设置**主节点别名**就是为了监控**多主**的时候，与其额外配置项能够与其对应, 以及sentinel一些命令，如SENTINEL get-master-addr-by-name就要用到别名了。<br />哨兵数量建议在三个以上且为奇数，在Redis官网也提到了各种情况的“布阵”方式，非常值得参考。
<a name="DcbEd"></a>
### **> 更多**
既然是高可用方案，并非有严格意义上的“缺点”，还需配合使用场景进行考量。
- 故障转移期间短暂的不可用，但其实官网的例子也给出了parallel-syncs参数来指定并行的同步实例数量，以免全部实例都在同步出现整体不可用的情况，相对来说要比手工的故障转移更加方便。
- 分区逻辑需要自定义处理，虽然解决了主从下的高可用问题，但是Sentinel并没有提供分区解决方案，还需开发者考虑如何建设。
- 既然是还是主从，如果异常的写流量搞垮了主节点，那么自动的“故障转移”会不会变成自动“灾难传递”，即slave提升为Master之后挂掉，又进行提升又被挂掉。
<a name="hkXiu"></a>
## **集群**
<a name="MsfM6"></a>
### **> 概述**
**Redis Cluster**是官方在**3.0**版本后推出的分布式方案。<br />对开发者而言，“官方支持”一词是大概率非常美好的，小到issue，大到feature。自定义去解决问题，成本总是要高一些。<br />有了官方的正式集群方案，从**请求路由、故障转移、弹性伸缩**几个纬度的使用上，将更为容易。<br />**Cluster**不同于哨兵，是支持分区的。有说法Cluster是哨兵的升级，这是不严谨的。<br />二者纬度不一样，如果因为Cluster也有故障转移的功能，就说它是哨兵的升级款，略显牵强。<br />**Cluster**在分区管理上，使用了“**哈希槽**”(hash slot)这么一个概念，一共有**16384**个槽位，每个实例负责一部分**槽**，通过CRC16（key）&16383这样的公式，计算出来key所对应的槽位。<br />![](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/webp/317882/1644656042315-96fce86b-a6da-436c-8dde-32769f51fe53.webp#clientId=u1112062b-f29a-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&id=u6722b154&margin=%5Bobject%20Object%5D&originHeight=350&originWidth=507&originalType=url&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&status=done&style=none&taskId=u84b23d47-479c-471c-933e-5c619024b64&title=)
虽然在**节点**和**key**二者中又引入了**槽**的概念，看起来不易理解，实际上因为颗粒度更细了，减少了节点的扩容和收缩难度，相比传统策略还是很有优势。<br />当然，“槽”是虚拟的概念，节点自身去维护“槽”的关系，并不是要真正下载启动个“槽服务”在跑。
<a name="Ej4pj"></a>
### **> 使用方式**
Redis的各种玩法，都是从配置文件着手，集群也不例外。<br />关键配置简洁明了，有两步
```go
cluster-enabled yes
cluster-config-file "redis-node.conf"

• 开启集群
• 指定集群配置文件

集群配置文件(cluster-config-file)为内部使用，可以不去指定，Redis会帮助创建一个。启动还是普通的方式redis-server redis.conf
首先以集群方式启动了N台Redis实例，这当然还没完事。
接下来的步骤笔者称为“牵线搭桥分配槽”，听起来还算顺口。
“牵线搭桥分配槽”的方式也在不断升级，从直接用原始命令来处理，到使用脚本，以及现在的Redis-cli官方支持，使用哪种方式都可以。
上方的命令即是Redis官网给出的redis-cli的方式用法，一行命令完成“三主三从”以及自动分配槽的操作。

redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 \
127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 \
--cluster-replicas 1

这样集群就搭建完成了，当然，使用官方提供的check命令检查一下，也是有必要的。
> 更多

redis-cli --cluster check 127.0.0.1:7001

• 虽然是对分区良好支持，但也有一些分区的老问题，譬如：如果不在同一个“槽”的数据，是没法使用类似mset的多键操作。
• 在select命令页有提到, 集群模式下只能使用一个库，虽然平时一般也是这么用的，但是要了解一下。
• 运维上也要谨慎，俗话说得好，“使用越简单底层越复杂”，启动搭建是很方便，使用时面对带宽消耗，数据倾斜等等具体问题时，还需人工介入，或者研究合适的配置参数。