Redis-②集群模式（cluster）

已于 2024-12-02 11:13:07 修改
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文章标签： redis 数据库
于 2024-12-02 10:55:32 首次发布
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_40679586/article/details/144182470
版权

Redis Cluster 即 Redis 集群，是 Redis 官方在 3.0 版本推出的一套分布式存储方案。完全去中心化，由多个节点组成，所有节点彼此互联。Redis 客户端可以直接连接任何一节点获取集群中的键值对，不需要中间代理，如果该节点不存在用户所指定的键值，其内部会自动把客户端重定向到键值所在的节点。
Redis 集群是一个网状结构，每个节点都通过 TCP 连接跟其他每个节点连接。在一个有 N 个节点的集群中，每个节点都有 N-1 个流出的 TCP 连接，和 N-1 个流入的连接，这些 TCP 连接会永久保持。

Redis Cluster 同其他分布式存储系统一样，主要具备以下两个功能：
数据分区：Redis 集群会将用户数据分散保存至各个节点中，突破单机 Redis 内存最大存储容量。集群引入了 哈希槽slot的概念，其搭建完成后会生成 16384 个哈希槽slot，同时会根据节点的数量大致均等的将 16384 个哈希槽映射到不同的节点上。当用户存储key-value时，集群会先对key进行 CRC16 校验然后对 16384 取模来决定key-value放置哪个槽，从而实现自动分割数据到不同的节点上。
数据冗余：Redis 集群支持主从复制和故障恢复。集群使用了主从复制模型，每个主节点master应至少有一个从节点slave。假设某个主节点故障，其所有子节点会广播一个数据包给集群里的其他主节点来请求选票，一旦某个从节点收到了大多数主节点的回应，那么它就赢得了选举，被推选为主节点，负责处理之前旧的主节点负责的哈希槽。

集群部署

手动部署

演示了如何创建redis集群

bind 192.168.83.128 # 设置当前节点主机地址
port 7001 # 设置客户端连接监听端口
pidfile /var/run/redis_7001.pid # 设置 Redis 实例 pid 文件
daemonize yes # 以守护进程运行 Redis 实例
cluster-enabled yes # 启用集群模式
cluster-node-timeout 15000 # 设置当前节点连接超时毫秒数
cluster-config-file nodes-7001.conf # 设置当前节点集群配置文件路径

一键部署（使用create-cluster）

如果觉得以上过程很繁琐，Redis官方提供了另外的工具，在utils目录下存在create-cluster脚本。

create-cluster start
create-cluster create
就会创建3 mater 3 slave组成的redis cluster(首节点端口从30001 开始)

官方create-cluster工具用法：

Create-custer is a small script used to easily start a big number of Redis
instances configured to run in cluster mode. Its main goal is to allow manual
testing in a condition which is not easy to replicate with the Redis cluster
unit tests, for example when a lot of instances are needed in order to trigger
a given bug.
The tool can also be used just to easily create a number of instances in a
Redis Cluster in order to experiment a bit with the system.

USAGE

To create a cluster, follow these steps:

  1. Edit create-cluster and change the start / end port, depending on the
    number of instances you want to create.

  2. Use "./create-cluster start" in order to run the instances.

  3. Use "./create-cluster create" in order to execute redis-cli --cluster create, so that
    an actual Redis cluster will be created.

  4. Now you are ready to play with the cluster. AOF files and logs for each instances are created in the current directory.

In order to stop a cluster:

  1. Use "./create-cluster stop" to stop all the instances. After you stopped the instances you can use "./create-cluster start" to restart them if you change your mind.

  2. Use "./create-cluster clean" to remove all the AOF / log files to restart with a clean environment.

Use the command "./create-cluster help" to get the full list of features.

cd /root/redis/redis-5.0.14/redis-5.0.14/utils/create-cluster

# create-cluster经过修改，启动后可以被外网访问，默认密码为123456

# 启动所有的实例
./create-cluster start

# 创建集群
./create-cluster create

# 停止所有的实例
./create-cluster stop

# 删除所有的AOF/日志文件，以便用一个干净的环境重新启动
./create-cluster clean

# 使用命令"./create-cluster help "获得完整的功能列表

注意：如需外网访问，服务器需开放端口 30001-30006,40001-40006。并使用以下修改后的create-cluster 来启动集群。如不需要外网访问， 使用默认create-cluster启动即可，不需要任何修改，也不需要开放端口

#!/bin/bash

# Settings
PORT=30000
TIMEOUT=2000
NODES=6
REPLICAS=1

# You may want to put the above config parameters into config.sh in order to
# override the defaults without modifying this script.

if [ -a config.sh ]
then
    source "config.sh"
fi

# Computed vars
ENDPORT=$((PORT+NODES))

if [ "$1" == "start" ]
then
    while [ $((PORT < ENDPORT)) != "0" ]; do
        PORT=$((PORT+1))
        echo "Starting $PORT"
        ../../src/redis-server --port $PORT --bind 0.0.0.0 --protected-mode no --masterauth 123456  --requirepass 123456 --cluster-announce-ip 47.114.60.192  --cluster-enabled yes --cluster-config-file nodes-${PORT}.conf --cluster-node-timeout $TIMEOUT --appendonly yes --appendfilename appendonly-${PORT}.aof --dbfilename dump-${PORT}.rdb --logfile ${PORT}.log --daemonize yes
    done
    exit 0
fi

if [ "$1" == "create" ]
then
    HOSTS=""
    while [ $((PORT < ENDPORT)) != "0" ]; do
        PORT=$((PORT+1))
        HOSTS="$HOSTS 47.114.60.192:$PORT"
    done
    ../../src/redis-cli -a 123456 --cluster create $HOSTS --cluster-replicas $REPLICAS
    exit 0
fi

if [ "$1" == "stop" ]
then
    while [ $((PORT < ENDPORT)) != "0" ]; do
        PORT=$((PORT+1))
        echo "Stopping $PORT"
        ../../src/redis-cli -p $PORT -a 123456 shutdown nosave
    done
    exit 0
fi

if [ "$1" == "watch" ]
then
    PORT=$((PORT+1))
    while [ 1 ]; do
        clear
        date
        ../../src/redis-cli -p $PORT -a 123456 cluster nodes | head -30
        sleep 1
    done
    exit 0
fi

if [ "$1" == "tail" ]
then
    INSTANCE=$2
    PORT=$((PORT+INSTANCE))
    tail -f ${PORT}.log
    exit 0
fi

if [ "$1" == "call" ]
then
    while [ $((PORT < ENDPORT)) != "0" ]; do
        PORT=$((PORT+1))
        ../../src/redis-cli -a 123456 -p $PORT $2 $3 $4 $5 $6 $7 $8 $9
    done
    exit 0
fi

if [ "$1" == "clean" ]
then
    rm -rf *.log
    rm -rf appendonly*.aof
    rm -rf dump*.rdb
    rm -rf nodes*.conf
    exit 0
fi

if [ "$1" == "clean-logs" ]
then
    rm -rf *.log
    exit 0
fi

echo "Usage: $0 [start|create|stop|watch|tail|clean]"
echo "start       -- Launch Redis Cluster instances."
echo "create      -- Create a cluster using redis-cli --cluster create."
echo "stop        -- Stop Redis Cluster instances."
echo "watch       -- Show CLUSTER NODES output (first 30 lines) of first node."
echo "tail <id>   -- Run tail -f of instance at base port + ID."
echo "clean       -- Remove all instances data, logs, configs."
echo "clean-logs  -- Remove just instances logs."

常用命令

集群一键创建脚本

#!/bin/bash
# redis-server命令行所在位置
CMD_PATH=/usr/local/redis/bin
PWD=123456
CLUSTER_ANNOUNCE_IP=47.114.60.192
REPLICAS=1
TIMEOUT=15000

echo "正在启动集群节点..."
PORT=30001
${CMD_PATH}/redis-server --port $PORT --bind 0.0.0.0 --protected-mode no --masterauth $PWD  --requirepass $PWD --cluster-announce-ip $CLUSTER_ANNOUNCE_IP  --cluster-enabled yes --cluster-config-file nodes-${PORT}.conf --cluster-node-timeout $TIMEOUT --appendonly yes --appendfilename appendonly-${PORT}.aof --dbfilename dump-${PORT}.rdb --logfile ${PORT}.log --daemonize yes
PORT=30002
${CMD_PATH}/redis-server --port $PORT --bind 0.0.0.0 --protected-mode no --masterauth $PWD  --requirepass $PWD --cluster-announce-ip $CLUSTER_ANNOUNCE_IP  --cluster-enabled yes --cluster-config-file nodes-${PORT}.conf --cluster-node-timeout $TIMEOUT --appendonly yes --appendfilename appendonly-${PORT}.aof --dbfilename dump-${PORT}.rdb --logfile ${PORT}.log --daemonize yes
PORT=30003
${CMD_PATH}/redis-server --port $PORT --bind 0.0.0.0 --protected-mode no --masterauth $PWD  --requirepass $PWD --cluster-announce-ip $CLUSTER_ANNOUNCE_IP  --cluster-enabled yes --cluster-config-file nodes-${PORT}.conf --cluster-node-timeout $TIMEOUT --appendonly yes --appendfilename appendonly-${PORT}.aof --dbfilename dump-${PORT}.rdb --logfile ${PORT}.log --daemonize yes
PORT=30004
${CMD_PATH}/redis-server --port $PORT --bind 0.0.0.0 --protected-mode no --masterauth $PWD  --requirepass $PWD --cluster-announce-ip $CLUSTER_ANNOUNCE_IP  --cluster-enabled yes --cluster-config-file nodes-${PORT}.conf --cluster-node-timeout $TIMEOUT --appendonly yes --appendfilename appendonly-${PORT}.aof --dbfilename dump-${PORT}.rdb --logfile ${PORT}.log --daemonize yes
PORT=30005
${CMD_PATH}/redis-server --port $PORT --bind 0.0.0.0 --protected-mode no --masterauth $PWD  --requirepass $PWD --cluster-announce-ip $CLUSTER_ANNOUNCE_IP  --cluster-enabled yes --cluster-config-file nodes-${PORT}.conf --cluster-node-timeout $TIMEOUT --appendonly yes --appendfilename appendonly-${PORT}.aof --dbfilename dump-${PORT}.rdb --logfile ${PORT}.log --daemonize yes
PORT=30006
${CMD_PATH}/redis-server --port $PORT --bind 0.0.0.0 --protected-mode no --masterauth $PWD  --requirepass $PWD --cluster-announce-ip $CLUSTER_ANNOUNCE_IP  --cluster-enabled yes --cluster-config-file nodes-${PORT}.conf --cluster-node-timeout $TIMEOUT --appendonly yes --appendfilename appendonly-${PORT}.aof --dbfilename dump-${PORT}.rdb --logfile ${PORT}.log --daemonize yes


echo "正在创建集群..."
${CMD_PATH}/redis-cli --cluster create ${CLUSTER_ANNOUNCE_IP}:30001 ${CLUSTER_ANNOUNCE_IP}:30002 ${CLUSTER_ANNOUNCE_IP}:30003 ${CLUSTER_ANNOUNCE_IP}:30004 ${CLUSTER_ANNOUNCE_IP}:30005 ${CLUSTER_ANNOUNCE_IP}:30006 --cluster-replicas 1 -a $PWD

集群一键关闭脚本

#!/bin/bash
CMD_PATH=/usr/local/redis/bin
PWD=123456

echo "正在关闭集群节点..."
${CMD_PATH}/redis-cli -p 30001 -a $PWD shutdown save
${CMD_PATH}/redis-cli -p 30002 -a $PWD shutdown save
${CMD_PATH}/redis-cli -p 30003 -a $PWD shutdown save
${CMD_PATH}/redis-cli -p 30004 -a $PWD shutdown save
${CMD_PATH}/redis-cli -p 30005 -a $PWD shutdown save
${CMD_PATH}/redis-cli -p 30006 -a $PWD shutdown save
echo "正在清理日志..."
rm -rf *.log
echo "正在清理..."
rm -rf nodes*.conf

echo "正在清理持久化文件AOF&RDB..."
rm -rf dump*.rdb
rm -rf appendonly*.aof
echo "清理完成..."
ps -aux | grep redis

连接集群

redis-cli -c -p 30001 -a 123456

-p <port>          Server port (default: 6379).
-a <password>      Password to use when connecting to the server.
-c                 Enable cluster mode (follow -ASK and -MOVED redirections).

查看集群节点：

常见问题

PartitionSelectorException: Cannot determine a partition for slot 12440.

Caused by: org.springframework.data.redis.RedisSystemException: Redis exception; 
nested exception is io.lettuce.core.RedisException: 
io.lettuce.core.cluster.PartitionSelectorException: Cannot determine a partition for slot 12440.

  • 原因

slot槽没能分配

  • 解决办法

  1. 进入redis安装目录/usr/local/redis/bin，执行检查命令：

redis-cli -a 123456 --cluster check 47.114.60.192:30001

显示以下信息：

[OK] 0 keys in 1 masters.
0.00 keys per slot on average.
>>> Performing Cluster Check (using node 47.114.60.192:30001)
M: 7307aefd72f07b7686a03ee14cd473c9ff93f629 47.114.60.192:30001
   slots:[0-16383] (16384 slots) master
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[ERR] Not all 16384 slots are covered by nodes.

  1. 修复

过程中会显示是否执行的询问，直接回车即可，修复完成后继续修复30002， 30003端口的master
_注意_：47.114.60.192替换为自己的实际IP，30001、30002、30003位Master的端口（替换为自己实际的端口号）

redis-cli -a 123456 --cluster fix 47.114.60.192:30001

ERR invalid node

  • 问题描述

环境使用的腾讯出的credis国产化redis产品， 且做了集群， java服务启动时连接redis报错：
org.springframework.data.redis.RedisSystemException: Error in execution; nested exception is io.lettuce.core.RedisCommandExecutionException: ERR invalid node

  • 问题分析

定位问题代码，发现该处使用了scan 命令（scan 0 match KYPCACHE:SYS:DICT* count 100） 来查询出符合模式匹配的所有key

由于Redis是单线程的。因此在使用一些时间复杂度为O(N)的命令时要非常谨慎。可能一不小心就会阻塞进程，导致Redis出现卡顿。
有时，需要针对符合条件的一部分命令进行操作，比如删除以test_开头的key。那么怎么获取到这些key呢？在Redis2.8版本之前，可以使用keys命令按照正则匹配得到我们需要的key。但是这个命令有两个缺点：

  1. 没有limit，我们只能一次性获取所有符合条件的key，如果结果有上百万条，那么等待你的就是“无穷无尽”的字符串输出。

  2. keys命令是遍历算法，时间复杂度是O(N)。如刚才所说，这个命令非常容易导致Redis服务卡顿。因此，要尽量避免在生产环境使用该命令。

在满足需求和存在造成Redis卡顿之间究竟要如何选择呢？面对这个两难的抉择，Redis在2.8版本给我们提供了解决办法——scan命令。
相比于keys命令，scan命令有两个比较明显的优势：

  1. scan命令的时间复杂度虽然也是O(N)，但它是分次进行的，不会阻塞线程。

  2. scan命令提供了limit参数，可以控制每次返回结果的最大条数。

这两个优势就帮助我们解决了上面的难题，不过scan命令也并不是完美的，它返回的结果有可能重复，因此需要客户端去重。

查阅credis文档发现，环境部署的CRedis版本不支持scan命令：

使用redis-cli连接测试 scan命令， 可复现该错误：

  • 解决方法

为兼容CRedis，把scan命令，使用keys 命令来替换

1. scan命令的实现

String prefixPattern = keyPrefix + "*";
clearRedis(prefixPattern, 2000);

  private static void clearRedis(String prefixPattern, int count) {
        while (true) {
            ScanOptions options = ScanOptions.scanOptions().match(prefixPattern).count(count).build();
            Cursor<String> cursor = (Cursor<String>) redisTemplate.executeWithStickyConnection(redisConnection -> new ConvertingCursor<>(redisConnection.scan(options), redisTemplate.getKeySerializer()::deserialize));
            Set<String> container = new HashSet<>(count);
            cursor.forEachRemaining(key -> {
                container.add(key);
                if (container.size() > count) {
                    redisTemplate.delete(container);
                    container.clear();
                }
            });
            redisTemplate.delete(container);
            if (cursor.getPosition() == 0) {
                cursor.close();
                break;
            }
        }
    }

2. keys命令的实现

String prefixPattern = keyPrefix + "*";

Set<String> keys = redisTemplate.keys(prefixPattern)

集群模式不支持多数据库DB

  • 问题描述

Redis实例使用StackExchange.Redis切换库出现以下错误。
Multiple databases are not supported on this server; cannot switch to database: 3

  • 解决方案

由于架构原因，原生的Redis集群版是不支持多数据库DB，这意味着不可以通过spring.redis.database配置指定DB， 配置了也不生效，可使用阿里云带有Proxy的集群，通过Proxy可使Redis集群版支持多DB，详情请参见Redis Proxy特性说明。

  • 单机模式， 和哨兵模式 支持多数据库DB

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