一、Redis模式

二、Redis主从复制

　　2.1 主从复制概述

　　2.2 主从复制

　　 2.3 Redis主从复制流程

　　 2.4 搭建Redis主从复制

三、哨兵模式

　　哨兵原理详细步骤

四 Redis 集群模式

五 总结

一、Redis模式

Redis有三种模式：分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster

主从复制：主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和群集都是在主从复制基础上实现高可用的。主从复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单故障恢复。

缺陷：故障恢复无法自动化，写操作无法负载均衡，存储能力受到单机的限制。

哨兵：在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。

缺陷：写操作无法负载均衡，存储能力受到单机的限制，哨兵无法对从节点进行自动故障转移；在读写分离场景下，从节点故障会导致读服务不可用，需要对从节点做额外的监控、切换操作。

集群：通过集群，Redis解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方案。

二、Redis主从复制

2.1 主从复制概述

主从复制，是指将一台 Redis 服务器的数据，复制到其他的 Redis 服务器。前者称为主节点(Master)，后者称为从节点(Slave)；数据的复制是单向的，只能由主节点到从节点。

默认情况下，每台 Redis 服务器都是主节点；且一个主节点可以有多个从节点 (或没有从节点)，但一个从节点只能有一个主节点。

主从复制流程：

2.2 主从复制

数据冗余：主从复制实现了数据的热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式。

故障恢复：当主节点出现问题时，可以由从节点提供服务，实现快速的故障恢复；实际上是一种服务的冗余。

负载均衡：在主从复制的基础上，配合读写分离，可以由主节点提供写服务，由从节点提供读服务 (即写 Redis 数据时应用连接主节点，读 Redis 数据时应用连接从节点)，分担服务器负载；尤其是在写少读多的场景下，通过多个从节点分担读负载，可以大大提高Redis服务器的并发量。

高可用基石：除了上述作用以外，主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础，因此说主从复制是Redis高可用的基础。

2.3 Redis主从复制流程

若启动一个Slave机器进程，则它会向Master机器发送一个“sync command" 命令，请求同步连接。

无论是第一次连接还是重新连接，Master机器 都会启动一个后台进程，将数据快照保存到数据文件中(执行rdb操作) ，同时 Master 还会记录修改数据的所有命令并缓存在数据文件中。

后台进程完成缓存操作之后，Master 机器就会向 Slave 机器发送数据文件，Slave 端机器将数据文件保存到硬盘上，然后将其加载到内存中，接着 Master 机器就会将修改数据的所有操作一并发送给 Slave 端机器。若 Slave 出现故障导致宕机，则恢复正常后会自动重新连接。

Master机器收到 Slave 端机器的连接后，将其完整的数据文件发送给 Slave 端机器，如果 Mater 同时收到多个 Slave 发来的同步请求，则 Master 会在后台启动一个进程以保存数据文件，然后将其发送给所有的 Slave 端机器，确保所有的 Slave 端机器都正常。

2.4 搭建Redis主从复制

主机 　　　　系统 　　　　　 　IP地址 　　　　　　　　安装包
Master节点 　　　　CentOS 7　　　　 192.168.111.20 　　　　redis-5.0.7.tar. gz
Slave1节点 　　　　CentOS 7　　　　 192.168.111.21　　　　 redis-5.0.7.tar. gz
Slave2节点 　　　　CentOS 7 　　　　192.168.111.22 　　　　redis-5.0.7.tar. gz
三台都要关闭防火墙

2.4.1 安装Redis

在三台服务器上均需部署Redis

三台主机安装Redis服务

一键部署脚本

2.4.2 修改Master节点配置文件（192.168.152.11）

2.4.3 修改slave节点配置文件（192.168.111.21、192.168.111.22）

修改配置

验证主从

在Master节点上看日志

在Master节点上验证从节点

在master创建数据

在两台slave上查看

三、哨兵模式

什么是哨兵？

Redis做好主从复制之后，当master节点遇到故障，并不会自动切换slave节点继续运行，达不到高可用的情况，所以就需要配置哨兵来实现自动切换故障的功能。当master宕机后，哨兵可以根据投票选举机制，在众多slave节点中选出一个节点作为master继续执行。

哨兵的原理

哨兵（sentinel）：是一个分布式系统， 用于对主从结构中的每台服务器进行监控，当出现故障时通过投票机制选择新的master并将所有slave连接到新的master。所以整个运行的哨兵的集群的数量不得少于3个节点。

哨兵原理详细步骤

1、哨兵对数据节点集群进行监控的步骤

①首先主节点的信息是配置在哨兵的配置文件中（几个哨兵配置几次）。

②哨兵节点会和配置的主节点建立两个连接，分别为：命令连接和订阅连接。

命令连接： 为了让哨兵节点和master建立连接关系。

订阅连接： 哨兵会通过命令连接后，每10s发送一次info命令，通过info命令，主节点会返回自己的run_id 和自己的从节点信息。

③哨兵通过订阅连接获取到了从节点的信息，便也会向这些从节点建立两条连接，命令连接和订阅连接。

命令连接： 为了让哨兵和slave建立连接关系

订阅连接： 哨兵通过命令连接向从节点发送info命令，获取到从节点的一些信息（比如：run_id、role（职能）、从服务器的复制偏移量offset）。

2、哨兵与哨兵之间的监控步骤

①通过命令连接向服务器的setinel:hello频道发送一条消息，内容包括自己的ip端口、run_id、配置等信息。

②通过订阅连接对服务器的sentinel:hello 频道做了监听，所以所由向该频道发送的哨兵的消息都能被接收到。

③解析监听到的消息，进行分析提取。就可以指导还有哪些别的哨兵服务节点也在监听这些主从节点了，更新结构体将这些哨兵节点记录下来。

④向观察到的其它的哨兵节点建立命令连接，达到批次监控的目的。

简化流程：

哨兵向redis master节点获取状态、信息数据，并知晓从节点位置

哨兵向从节点获取状态、信息数据，稍定对redis集群进行监控

哨兵集群之间向hello频道（哨兵之间共享数据的位置）发送自己的数据

哨兵从hello节点获取到其它的节点的位置

哨兵之间进行数据共享、及彼此监控。

3、哨兵模式的作用

①监控：哨兵会不断的检查主节点和从节点是否运作正常。

②自动故障转移：当主节点不能正常工作时，哨兵会开始故障转移操作，它会将失效的主节点的集群中的一个从节点升级为新的主节点，并让其它从节点改为复制新的主节点。

③通知（提醒）：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

4、哨兵模式下的故障迁移

①主观下线

哨兵（sentinel）节点会每秒一次的频率向建立了命令连接的实例发送ping命令，如果在down-after-milliseconds毫秒内没有做出有效的响应（pong/loading/masterdown），哨兵就会将该实例在本结构体中的状态标记为SRI_S_DOWN主管下线。

②客观下线

当一个哨兵节点发现主节点处于主观下线状态时，会向其它的哨兵节点发出询问，该节点是不是已经主观下线了，如果超过配置DOWN客观下线询问命令 SENTINEL is-master-down-by-addr。那么就判断该master宕机了。

③master选举

在认为主节点客观下线的情况下，哨兵节点之间会发起一次选举，命令为：SENTINEL is-master-down-by-addr 只是runid 这次会将自己的runid带进去，希望接受者将自己设置为主节点。如果超过半数以上的节点返回该节点标记为leacer的情况下，会有该leader对故障进行迁移。

概括

由于哨兵节点定期监控发现主节点是否出现故障。

每个哨兵节点每1秒会向主节点、从节点及其它哨兵节点发送一次ping命令做一次心跳检测。

如果主节点在一定时间范围不回复或回复一个错误消息，那么这个哨兵就会认为这个主节点主观下线了（单方面）

当超过半数哨兵节点认为该节点主观下线了，这样就客观下面。（可以设置多少数量主观下线）

当主节点出现故障，此时哨兵节点会通过 **“ Ratf算法（选举算法）”**实现选举机制，共同选举出一个哨兵 节点为leader（领导者），来处理主节点的故障转移和通知。

所以整个运行的哨兵的集群数量不得少于3个节点。

由leader哨兵节点执行故障转移过程

将某一个节点升级为新的主节点，让其它从节点指向新的主节点。

若原主节点恢复也变成从节点，并指向新的主节点。

通知客户端主节点已经更换

需要注意的是：客户端下线是主节点才有的概念,如果从节点和哨兵节点发生故障，被哨兵主观下线后，不会再有后续的客观下线和故障转移操作。

主节点选举：

过滤掉不健康的（已下线），没有恢复哨兵ping响应的从节点。

选择配置文件中从节点优先级配置最高的为主节点（replica-priority，默认值为：100）

选择复制偏移量最大的，也就是复制最完整的从节点。

实验具体操作步骤

在redis主从复制的基础上进行哨兵模式的部署

框架：

步骤一：修改哨兵节点的配置文件

哨兵的的配置文件是redis软件中自带的配置

启动哨兵模式

测试：

结果：

四 Redis 集群模式

集群，即Redis Cluster，是Redis3.0开始引入的分布式存储方案。

集群由多个节点（Node）组成，Redis的数据分布在这些节点中。集群中的节点分为主节点和从节点：只有主节点负责读写请求和集群信息的维护；从节点只进行主节点数据和状态信息的复制。

集群的作用

（1）数据分区： 数据分区（或称数据分片）是集群最核心的功能。

集群将数据分散到多个节点，一方面突破了Redis单机内存大小的限制，存储容量大大增加；另一方面每个主节点都可以对外提供读服务和写服务，大大提高了集群的响应能力。

Redis单机内存大小受限问题，在介绍持久化和主从复制时都有提及；例如，如果单机内存太大，bgsave和bgrewriteaof的fork操作可能导致主进程阻塞，主从环境下主机切换时可能导致从节点长时间无法提供服务，全量复制阶段主节点的复制缓冲区可能溢出。

（2）高可用： 集群支持主从复制和主节点的自动故障转移（与哨兵类似）；当任一节点发生故障时，集群仍然可以对外提供服务。

通过集群，Redis解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方案。

Redis集群的数据分片

Redis集群引入了哈希槽的概念。

Redis集群有16384个哈希槽（编号0-16383）。

集群的每个节点负责一部分哈希槽。

每个Key通过CRC16校验后对16384取余来决定放置哪个哈希槽，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。

以3个节点组成的集群为例：

节点A包含0到5460号哈希槽

节点B包含5461到10922号哈希槽

节点c包含10923到16383号哈希槽

集群部署：

配置文件：

启动节点：

启动：

测试：

总结

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster群集

主从复制

主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和集群都是在主从复制基础上实现高可用的。主从复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。

缺陷：故障恢复无法自动化；写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制

哨兵

在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。

缺陷：写操作无法负载均衡:存储能力受到单机的限制。

集群

通过集群，Redis解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方案。