亲密接触Redis-第三天(Redis的Load Balance）

前言

上两天讲述了Redis的基本搭建和基于HA的集群布署方式以及相关的策略和注意点。今天开始讲述Redis的Cluster功能，而这块目前来说网上资料不是太全，就算有1，2篇也只是单讲服务端的搭建也并未提及相关的客户端怎么和Redis Cluster间的调用问题。

我们今天要讲述的Redis Cluster是真正的Load Balance，它和Sentinel不一样，Sentinel虽然也叫集群，可是它是一种HA策略即High Available或者又通俗的被称为“灾难转移”策略。

Redis3.x中引入的Load Balance

从Redis3.x开始已经支持Load Balance功能了。

 Redis Cluster  是Redis的集群实现，内置数据自动分片机制，集群内部将所有的key映射到16384个Slot中，集群中的每个Redis Instance负责其中的一部分的Slot的读写。集群客户端连接集群中任一Redis Instance即可发送命令，当Redis Instance收到自己不负责的Slot的请求时，会将负责请求Key所在Slot的Redis Instance地址返回给客户端，客户端收到后自动将原请求重新发往这个地址，对外部透明。一个Key到底属于哪个Slot由crc16(key) % 16384 决定。在Redis Cluster里对于负载均衡和HA相关都已经支持的相当完善了。

• 负载均衡（Load Balance）：集群的Redis Instance之间可以迁移数据，以Slot为单位，但不是自动的，需要外部命令触发。
• 集群成员管理：集群的节点(Redis Instance)和节点之间两两定期交换集群内节点信息并且更新，从发送节点的角度看，这些信息包括：集群内有哪些节点，IP和PORT是什么，节点名字是什么，节点的状态(比如OK，PFAIL，FAIL，后面详述)是什么，包括节点角色(master 或者 slave)等。

关于可用性，集群由N组主从Redis Instance组成。

主可以没有从，但是没有从 意味着主宕机后主负责的Slot读写服务不可用。

一个主可以有多个从，主宕机时，某个从会被提升为主，具体哪个从被提升为主，协议类似于Raft，参见这里。如何检测主宕机？Redis Cluster采用quorum+心跳的机制。从节点的角度看，节点会定期给其他所有的节点发送Ping，cluster-node-timeout(可配置，秒级)时间内没有收到对方的回复，则单方面认为对端节点宕机，将该节点标为PFAIL状态。通过节点之间交换信息收集到quorum个节点都认为这个节点为PFAIL，则将该节点标记为FAIL，并且将其发送给其他所有节点，其他所有节点收到后立即认为该节点宕机。从这里可以看出，主宕机后，至少cluster-node-timeout时间内该主所负责的Slot的读写服务不可用。

Redis Cluster的特点如下：

• 节点自动发现
• slave->master选举,集群容错
• Hot resharding:在线分片
• 集群管理:clusterxxx
• 基于配置(nodes-port.conf)的集群管理
• ASK 转向/MOVED转向机制
• 布署无需指定master
• 可以支持超过1,000台节点的集群

Redis Cluster的实现

Redis Cluster依赖于其官方位于Redis编译包内（我们此处使用的是redis-stable版本）/src目录下的redis-trib.rb 文件，这是一个ruby脚本，为此你必须把你的服务器环境作一个先期准备。

搭建Cluster前的环境准备

• 安装CentOS或者是RHE
• 在安装Linux时需要一定记得安装GCC库、LibC、LibStdC++、Rubby库（1.9.2或以上）、ZLIB库（1.2.6或以上），如果你装机时没有安装这些“optional package”可以通过yum install gcc这样的命令在Linux联网的情况下来进行Linux安装后的额外包的安装
  
• 安装ruby gems库（1.8.16或以上）- rubygems-1.8.16.tgz(运行内在的setup.rb），下载 rubygems-1.8.16.tgz 后在解压包的/path/gem 运行

sudo ruby setup.rb 

• 在ruby gems安装后，你必须安装gem的redis模块，可以通过官网或者相关可信任连接下载redis-3.2.1.gem（先下载.gem文件再用gem安装）如：

gem install -l redis-3.2.1.gem

Redis集群节点的规划

使用make PREFIX=/usr/local/redis1 install这样的命令连续搭建至少6个nodes，Redis Cluster的最低要求是（3个Master，3个Slave），这在我们的“亲密接触Redis-第一天”中有详细描述怎么编译安装一个redis了，此处全部是采用redis-stable这个版本。

集群节点的配置

每个节点在第一次配置时，除去：

• .pid文件和路径
• /logfile文件和路径
• Data存放路径
• Port

其余配置，完全一样，并且无master和slave之分。

PORT端口配置要点：

所有Master（如3个Master的端口号以+1方式递增：7001，7002，7003）

所有的Slaver的端口号必须且一定要符合这样的原则：slave的端口比相关的master大1000号，如7001的slave的端口号为8001。


举例来说：

3个Master为7001，7002，7003，我们的3个Slave就为8001，8002，8003

redis.conf文件内：

• maxmemory-policy allkeys-lru 
• cluster-enabled yes（启用，把前面的#注释掉）
• cluster-config-file nodes-7001.conf（启用，把前面的#注释掉，此处建议使用本节点的PORT号为文件名，这样便于区分
• cluster-node-timeout 15000（启用，把前面的#注释掉）
• cluster-migration-barrier 1（启用，把前面的#注释掉）

使用Rubb Gem的Redis模块+redis-trib.rb创建集群

一切准备就绪后，把6个redis节点全部启动起来。

redis-trib.rb位于下载下来的redis-stable目录的/src目录内。

使用如下命令创建Redis集群：

./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.0.1:7001 192.168.0.1:7002 192.168.0.1:7003 192.168.0.1:8001 192.168.0.1:8002 192.168.0.1:8003

注：

命令行中一定要把所有的master列出后，再列出所有的slave（依照master的顺序列slave），6个节点全部列在命令行中。

命令执行后过了一段时间系统会提示你如下信息

集群创建成功后会显示如下信息：

这就说明Redis集群已经创建了，以后只要使用redis-server redis.conf这样的命令把每个节点启动起来就可以了。

使用Jedis Client来连接Redis集群（Load Balance）

目前Redis和Spring的结合都是依靠Jedis和Spring Data的redisTemplate来做的，而现在spring data似乎对redis cluster的功能支持并不好（此处指的是load balance功能），为此我们自己封装了一个redis的客户端来支持redis的cluster方式，也结合spring来用（如果redistemplate已经支持redis的load balance功能后建议大家使用spring data的redis template，因为那个无论是在封装性还是性能上会更好）。

先给出代码需要的相关jar包吧。

pom.xml

<!-- redis start -->
	<dependency>
		<groupId>redis.clients</groupId>
		<artifactId>jedis</artifactId>
		<version>2.8.0</version>
	</dependency>
	<dependency>
		<groupId>org.redisson</groupId>
		<artifactId>redisson</artifactId>
		<version>1.0.2</version>
	</dependency>
<!-- redis end -->

spring配置文件redis-cluster.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
	xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p"
	xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
	xmlns:jee="http://www.springframework.org/schema/jee" xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx"
	xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"
	xsi:schemaLocation="  
            http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd  
            http://www.springframework.org/schema/context http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd">

	<context:property-placeholder location="classpath:/spring/redis.properties" />
	<context:component-scan base-package="org.sky.redis">
	</context:component-scan>
	<bean name="genericObjectPoolConfig" class="org.apache.commons.pool2.impl.GenericObjectPoolConfig">
		<property name="maxWaitMillis" value="-1" />
		<property name="maxTotal" value="1000" />
		<property name="minIdle" value="8" />
		<property name="maxIdle" value="100" />
	</bean>

	<bean id="jedisCluster" class="com.qf.platform.redis.cluster.JedisClusterFactory">
		<property name="addressConfig">
			<value>classpath:/spring/redis.properties</value>
		</property>
		<property name="addressKeyPrefix" value="clusternode" />   <!-- 属性文件里 key的前缀 -->

		<property name="timeout" value="300000" />
		<property name="maxRedirections" value="6" />
		<property name="genericObjectPoolConfig" ref="genericObjectPoolConfig" />
	</bean>
	<bean id="customExceptionHandler" class="sample.MyHandlerExceptionResolver" />
</beans> 

这边我们看到有一个叫com.qf.platform.redis.cluster.JedisClusterFactory的类，这个类就是我们通过“GenericObjectPoolConfig”来封装的用于支持redis cluster功能的客户端接口。

com.qf.platform.redis.cluster.JedisClusterFactory类内容

/**
 * @Title:   [JedisClusterFactory.java]
 * @Package: [com.qf.platform.redis.cluster]
 * @author:  [MingkaiYuan] 
 * @CreateDate: [2016年3月9日 下午3:42:26]   
 * @UpdateUser: [MingkaiYuan]   
 * @UpdateDate: [2016年3月9日 下午3:42:26]   
 * @UpdateRemark: [说明本次修改内容]
 * @Description:  [TODO(用一句话描述该文件做什么)]
 * @version: [V1.0]
 */
package com.qf.platform.redis.cluster;

import java.util.HashSet;
import java.util.Properties;
import java.util.Set;
import java.util.regex.Pattern;

import org.apache.commons.pool2.impl.GenericObjectPoolConfig;
import org.springframework.beans.factory.FactoryBean;
import org.springframework.beans.factory.InitializingBean;
import org.springframework.core.io.Resource;

import redis.clients.jedis.HostAndPort;
import redis.clients.jedis.JedisCluster;

/**
 * @ClassName: JedisClusterFactory
 * @author:  [MingkaiYuan] 
 * @CreateDate: [2016年3月9日 下午3:42:26]   
 * @UpdateUser: [MingkaiYuan]   
 * @UpdateDate: [2016年3月9日 下午3:42:26]   
 * @UpdateRemark: [说明本次修改内容]
 * @Description:  [TODO(用一句话描述该文件做什么)]
 * @version: [V1.0]
 */
public class JedisClusterFactory implements FactoryBean<JedisCluster>, InitializingBean {
	private Resource addressConfig;
	private String addressKeyPrefix;



	public void setAddressKeyPrefix(String addressKeyPrefix) {
		this.addressKeyPrefix = addressKeyPrefix;
	}

	private JedisCluster jedisCluster;
	private Integer timeout;
	private Integer maxRedirections;
	private GenericObjectPoolConfig genericObjectPoolConfig;

	private Pattern p = Pattern.compile("^.+[:]\d{1,5}\s*$");

	@Override
	public JedisCluster getObject() throws Exception {
		return jedisCluster;
	}

	@Override
	public Class<? extends JedisCluster> getObjectType() {
		return (this.jedisCluster != null ? this.jedisCluster.getClass() : JedisCluster.class);
	}

	@Override
	public boolean isSingleton() {
		return true;
	}

	private Set<HostAndPort> parseHostAndPort() throws Exception {
		try {
			Properties prop = new Properties();
			prop.load(this.addressConfig.getInputStream());

			Set<HostAndPort> haps = new HashSet<HostAndPort>();
			for (Object key : prop.keySet()) {

				if (!((String) key).startsWith(addressKeyPrefix)) {
					continue;
				}

				String val = (String) prop.get(key);

				boolean isIpPort = p.matcher(val).matches();

				if (!isIpPort) {
					throw new IllegalArgumentException("ip 或 port 不合法");
				}
				String[] ipAndPort = val.split(":");
				System.out.println(String.valueOf(val));
				HostAndPort hap = new HostAndPort(ipAndPort[0], Integer.parseInt(ipAndPort[1]));
				haps.add(hap);
			}

			return haps;
		} catch (IllegalArgumentException ex) {
			throw ex;
		} catch (Exception ex) {
			throw new Exception("解析 jedis 配置文件失败", ex);
		}
	}

	@Override
	public void afterPropertiesSet() throws Exception {
		Set<HostAndPort> haps = this.parseHostAndPort();

		jedisCluster = new JedisCluster(haps, timeout, maxRedirections, genericObjectPoolConfig);

	}

	public void setAddressConfig(Resource addressConfig) {
		this.addressConfig = addressConfig;
	}

	public void setTimeout(int timeout) {
		this.timeout = timeout;
	}

	public void setMaxRedirections(int maxRedirections) {
		this.maxRedirections = maxRedirections;
	}

	public void setGenericObjectPoolConfig(GenericObjectPoolConfig genericObjectPoolConfig) {
		this.genericObjectPoolConfig = genericObjectPoolConfig;
	}
}

通过该类和spring中的配置

<property name="addressConfig">
	<value>classpath:/spring/redis.properties</value>
</property>
<property name="addressKeyPrefix" value="clusternode" /> 

我们得知，该类会通过/src/main/resources目录下的/spring目录中的redis.properties去读各个redis cluster节点的信息

redis.properties文件内容

# Redis settings

cach.host.ip=192.168.0.101
cach.host.port=6380
  

redis.host.ip=192.168.0.101
redis.host.port=6379
  

redis.maxTotal=1000  
redis.maxIdle=100
redis.maxWait=2000
redis.testOnBorrow=false
redis.testOnReturn=true

redis.sentinel.addr=172.30.32.127:26379


clusternode1=192.168.0.101:7001
clusternode2=192.168.0.101:7002
clusternode3=192.168.0.101:7003
clusternode4=192.168.0.101:8001
clusternode5=192.168.0.101:8002
clusternode6=192.168.0.101:8003

该类使用时很方便，看下面的示例代码

客户端调用Redis Cluster示例代码

@Autowired
JedisCluster jedisCluster;
......
jedisCluster.set(key, value);
......

简单吧。

Redis集群的注意事项（与坑）

redis-cli客户端使用事项

• 使用redis-cli连接cluster时要使用： redis-cli –c –h –p这样的格式
• 在客户端连上任意一个redis节点set一个值后，该值不一定存到该节点，而是自动转向至由Redis集群选举出来的一个节点中并存入值，此时客户端的物理连接也会被指向该节点。举例：

此时你的redis-cli连接已经被重定向至了7002了而不是在7001下虽然显示符>前显示的还是7001

使用redis-cli连接cluster中任意一个节点如：

 

可以看到7003节点内无 key=1的元素，但是集群内是有key=1的元素的，于是：

reds-cli会动态从集群中查到含有key=1的节点，把客户端连接重定向至该节点并调用该key所绑的value

添加新master节点

• 添加一个master节点:创建一个空节点（empty node），然后将某些slot移动到这个空节点上,这个过程目前需要人工干预
• establish_config.sh根据端口生成配置文件establish_config.sh 6386?> conf/redis-6386.conf
• 启动该节点
• 加入空节点到集群redis-trib.rb add-node newip:newport 已有集群中任意ip:已有集群中任意port

注:

新节点没有包含任何数据， 因为它没有包含任何slot。新加入的加点是一个主节点， 当集群需 要将某个从节点升级为新的主节点时， 这个新节点不会被选中，同时新的主节点因为没有包含任何slot，不参加选举和failover。

• 为新节点分配slot：redis-trib.rb reshard ip:port

添加slave节点

1. 按照添加master节点的前3步
2. redis-cli连接上新节点shell,输入命令:cluster replicate 对应master的node-id

注意:

在线添加slave 时，需要bgsave整个master数据，并传递到slave，再由 slave加载rdb文件到内存，rdb生成和传输的过程中消耗Master大量内存和网络IO,以此不建议单实例内存过大，线上小心操作。

删除Master节点

1. 删除master节点之前首先要使用reshard移除当前master的全部slot到新的master上
2. 删除空的master节点。

JEDIS（Redis JAVA客户端）的一些坑

• cluster环境下slave默认不接受任何读写操作，在slave执行readonly命令后，可执行读操作
• client端不支持多key操作(mget,mset等)，但当keys集合对应的slot相同时支持mget操作
• 不支持多数据库，只有一个db，select 0。
• JedisCluster 没有针对byte[]的API，需要自己扩展(Jedis-3.0.0及以上开始才支持byte[]操作)

截止到今天，Redis所有搭建和使用讲解完毕，还有更深入的功能由其是性能优化、配置还需要大家在平时工作中不断的实践，我在文中也只能涉及到50%左右的内容，更多还是要靠读者自己去潜心发掘。

总得来说Redis是一个相当优秀的NOSQL，大都网站都在使用它作为主选NOSQL或者是缓存。

用，人人都会！

但用的精，这是需要付出一定的专研精神的。

谢谢！