Redis技术架构演进

背景

几乎所有系统都是在业务不断推进中演进的，包括淘宝、京东等，我们使用的组件自身也在不断的升级和完善，Redis亦是如此，为了支持更多的场景，更好的性能和吞吐等，其架构也在不断演进：

1. 单机；
2. 主从；
3. 高可用；
4. 集群；

我这里只说常见的上面几种。

单机模式

单机模式是客户端直连一个redis实例即可，有以下优缺点：

优点：

• 简单（架构简单，部署简单）；
• 方便（开发方便，直接连上redis-server就行）；

缺点：

• 单点问题；
• 性能瓶颈；
• 可靠性弱；

主从模式

在分布式系统中为了解决单点问题，通常会把数据复制多个Replication（称为 ‘副本’）部署到其他机器，满足故障恢复和负载均衡等需求。Redis亦是如此，它为我们提供了复制功能，实现了相同数据的多个Redis副本。

Redis的复制模式结构可以支持单层或多层复制关系，分为以下三种：

• 一主一从
• 一主多从
• 树状主从

一主一从结构

一主一从结构

这种结构是最简单的复制拓扑结构，用于主节点出现宕机时从节点提供故障转移支持。当应用写命令并发量较高且需要持久化时，可以只在从节点上开启AOF，这样既保证数据安全性同时也避免了持久化对主节点的性能干扰。但是需要注意的是，当主节点关闭持久化功能时，如果主节点脱机要避免自动重启操作。因为主节点之前没有开启持久化功能自动重启后数据集为空，这时从节点如果继续复制主节点会导致从节点数据也被清空的情况，丧失了持久化的意义。安全的做法是在从节点上执行 slaveof no one 断开与主节点的复制关系，再重启主节点从而避免这一问题。

一主多从结构

一主多从结构

一主多从结构（又称为星形拓扑结构）使得应用端可以利用多个从节点实现读写分离。对于读占比较大的场景，可以把读命令发送到从节点来分担主节点的压力。同时在日常开发中如果需要执行一些比较耗时的读命令，如：keys、sort等，可以在其中一台从节点上执行，防止慢查询对主节点造成阻塞从而影响线上服务的稳定性。对于写并发量较高的场景，多个从节点会导致主节点写命令的多次发送从而过度消耗网络带宽，同时也加重了主节点的负载，影响服务的稳定性。

树状主从结构

树状主从结构

这种结构使得从节点不但可以复制主节点数据，同时可以作为其他从节点的主节点继续向下层复制。通过引入复制中间层，可以有效降低主节点负载和需要传送给从节点的数据量。当主节点需要挂载多个从节点时为了避免对主节点的性能干扰，可以采用树状结构降低主节点压力。

优点：

• 高可用
• 读写分离

缺点：

• 故障恢复需要人工接入
• 主节点的单机风险

高可用模式

高可用结构

Redis主从复制模式下，一旦主节点出现了故障，需要人工干预进行故障转移，无论对于Redis的应用方还是运维方都带来了很大的不便。

Redis Sentinel是一个分布式机构，其中包含若干个Sentinel节点和Redis数据节点，每个Sentinel节点会对数据节点和其余Sentinel节点进行监控，当它发现节点不可达时，会对节点做下线标识。如果被标识的是主节点，它还会和其他Sentinel节点进行‘协商’，当大多数Sentinel节点都认为主节点不可达时，它们会选举一个Sentinel节点来完成自动故障转移的工作，同时会将这个变化实时通知给Redis应用方。整个过程都是自动的，不需要人工来介入。

优点：

• Redis Sentinel 解决 Redis 主从模式下的高可用问题

缺点：

• 不能解决负载均衡问题

集群模式

集群模式

Redis Cluster 是Redis的分布式解决方案，在3.0版本正式推出，有效地解决了Redis分布式的需求。当遇到单机内存、并发、流量等瓶颈时，可以采用Cluster架构方案达到负载均衡的目的。

优点：

• 无中心架构。
• 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：

• Key 批量操作限制，如使用 mset、mget 目前只支持具有相同 slot 值的 Key 执行批量操作。对于映射为不同 slot 值的 Key 由于 Keys 不支持跨 slot 查询，所以执行 mset、mget、sunion 等操作支持不友好。

• Key 事务操作支持有限，只支持多 key 在同一节点上的事务操作，当多个 Key 分布于不同的节点上时无法使用事务功能。

• Key 作为数据分区的最小粒度，不能将一个很大的键值对象如 hash、list 等映射到不同的节点。

• 其他