一、搭建分片集群

1.集群结构

2.准备实例和配置

3.启动

4.创建集群

5.测试

二、散列插槽

1.插槽原理

2.小结

三、集群伸缩

1.需求分析

2.创建新的redis实例

3.添加新节点到redis

4.转移插槽

5.验证效果：

四、故障转移

1.自动故障转移

2.手动故障转移

主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。但是依然有两个问题没有解决：

海量数据存储问题
高并发写的问题

使用分片集群可以解决上述问题，如图:

分片集群特征：

集群中有多个master，每个master保存不同数据
每个master都可以有多个slave节点
master之间通过ping监测彼此健康状态
客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会被转发到正确节点

一、搭建分片集群

1.集群结构

分片集群需要的节点数量较多，这里我们搭建一个最小的分片集群，包含3个master节点，每个master包含一个slave节点，结构如下：

这里我们会在同一台虚拟机中开启6个redis实例，模拟分片集群，信息如下：

IP	PORT	角色
192.168.78.134	7001	master
192.168.78.134	7002	master
192.168.78.134	7003	master
192.168.78.134	8001	slave
192.168.78.134	8002	slave
192.168.78.134	8003	slave

2.准备实例和配置

在 /home 目录下创建出 /redis_stream目录，并在其中创建 7001、7002、7003、8001、8002、8003目录：

[root@sql ~]# mkdir -p /home/redis_stream
[root@sql ~]# cd /home/redis_stream/
[root@sql redis_stream]# mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003
[root@sql redis_stream]# ls
7001  7002  7003  8001  8002  8003

在/home/redis_stream下准备一个新的redis.conf文件，内容如下：

# 指定端口
port 6379# 开启集群功能
cluster-enabled yes# 集群的配置文件名称，不需要我们创建，由redis自己维护
cluster-config-file /home/redis_stream/6379/nodes.conf# 节点心跳失败的超时时间
cluster-node-timeout 5000# 持久化文件存放目录
dir /home/redis_stream/6379# 绑定地址
bind 0.0.0.0# 让redis后台运行
daemonize yes# 注册的实例ip
replica-announce-ip 192.168.150.101# 保护模式
protected-mode no# 数据库数量
databases 1# 日志
logfile /home/redis_stream/6379/run.log

将这个文件拷贝到每个目录下：

[root@sql redis_stream]# echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf
cp redis.conf 7001
cp redis.conf 7002
cp redis.conf 7003
cp redis.conf 8001
cp redis.conf 8002
cp redis.conf 8003

修改每个目录下的redis.conf，将其中的6379修改为与所在目录名称一致：

[root@sql redis_stream]# printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t sed -i 's/6379/{}/g' {}/redis.conf
sed -i s/6379/7001/g 7001/redis.conf
sed -i s/6379/7002/g 7002/redis.conf
sed -i s/6379/7003/g 7003/redis.conf
sed -i s/6379/8001/g 8001/redis.conf
sed -i s/6379/8002/g 8002/redis.conf
sed -i s/6379/8003/g 8003/redis.conf

3.启动

因为已经配置了后台启动模式，所以可以直接启动服务：

# 一键启动所有服务
[root@sql redis_stream]# printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf
redis-server 7001/redis.conf
redis-server 7002/redis.conf
redis-server 7003/redis.conf
redis-server 8001/redis.conf
redis-server 8002/redis.conf
redis-server 8003/redis.conf # 通过ps查看状态
[root@sql redis_stream]# ps -ef | grep redis

发现服务都已经正常启动

4.创建集群

虽然服务启动了，但是目前每个服务之间都是独立的，没有任何关联。

我们需要执行命令来创建集群，在Redis5.0之前创建集群比较麻烦，5.0之后集群管理命令都集成到了redis-cli中。

1）Redis5.0之前

Redis5.0之前集群命令都是用redis安装包下的 src/redis-trib.rb来实现的。因为redis-trib.rb是有ruby语言编写的所以需要安装ruby环境。

# 安装依赖
yum -y install zlib ruby rubygems
gem install redis

然后通过命令来管理集群：

# 进入redis的src目录
cd /usr/local/redis/src# 创建集群
./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.78.134:7001 192.168.78.134:7002 192.168.78.134:7003 192.168.78.134:8001 192.168.78.134:8002 192.168.78.134:8003

2）Redis5.0以后

我们使用的是Redis6.2.4版本，集群管理以及集成到了redis-cli中，格式如下：

redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.78.134:7001 192.168.78.134:7002 192.168.78.134:7003 192.168.78.134:8001 192.168.78.134:8002 192.168.78.134:8003

命令说明：

redis-cli --cluster或者./redis-trib.rb：代表集群操作命令
create：代表是创建集群
--replicas 1或者--cluster-replicas 1 ：指定集群中每个master的副本个数为1，此时节点总数 ÷ (replicas + 1) 得到的就是master的数量。因此节点列表中的前n个就是master，其它节点都是slave节点，随机分配到不同master

运行后的样子：

创建成功：

也可以通过命令可以查看集群状态：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

5.测试

在集群操作时，需要给redis-cli加上-c参数才可以，不然会报错。尝试连接7001节点，存储一个数据：

# 连接
redis-cli -c -p 7001
# 存储数据
set num 123
# 读取数据
get num
# 再次存储
set a 1

二、散列插槽

1.插槽原理

Redis会把每一个master节点映射到0~16383共16384个插槽（hash slot）上，查看集群信息时就能看到：

数据key不是与节点绑定，而是与插槽绑定。redis会根据key的有效部分计算插槽值，分两种情况：

key中包含"{}"，且“{}”中至少包含1个字符，“{}”中的部分是有效部分
key中不包含“{}”，整个key都是有效部分

例如：key是num，那么就根据num计算，如果是{itcast}num，则根据itcast计算。计算方式是利用CRC16算法得到一个hash值，然后对16384取余，得到的结果就是slot值。

如上图，在7001这个节点执行set a 1时，对a做hash运算，对16384取余，得到的结果是15495，因此要存储到103节点。

到了7003后，执行get num时，对num做hash运算，对16384取余，得到的结果是2765，因此需要切换到7001节点

2.小结

Redis如何判断某个key应该在哪个实例？

将16384个插槽分配到不同的实例
根据key的有效部分计算哈希值，对16384取余
余数作为插槽，寻找插槽所在实例即可

如何将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例？

这一类数据使用相同的有效部分，例如key都以{typeId}为前缀

三、集群伸缩

redis-cli --cluster提供了很多操作集群的命令，可以通过下面方式查看：

比如，添加节点的命令：

1.需求分析

需求：向集群中添加一个新的master节点，并向其中存储 num = 10

启动一个新的redis实例，端口为7004
添加7004到之前的集群，并作为一个master节点
给7004节点分配插槽，使得num这个key可以存储到7004实例

这里需要两个新的功能：

添加一个节点到集群中
将部分插槽分配到新插槽

2.创建新的redis实例

# 创建一个文件夹：
mkdir 7004# 拷贝配置文件：
cp redis.conf 7004/# 修改配置文件：
sed -i s/6379/7004/g 7004/redis.conf# 启动
redis-server 7004/redis.conf

3.添加新节点到redis

[root@sql redis_stream]# redis-cli --cluster add-node 192.168.78.134:7004 192.168.78.134:7001
# 第一个为需要添加的节点，第二个为集群里存在的任意节点# 通过命令查看集群状态：
redis-cli -p 7001 cluster nodes

但是，可以看到7004节点的插槽数量为0，因此没有任何数据可以存储到7004上。

4.转移插槽

我们要将num存储到7004节点，因此需要先看看num的插槽是多少：

如上图所示，num的插槽为2765.

我们可以将0~3000的插槽从7001转移到7004，命令格式如下：

[root@sql redis_stream]# redis-cli --cluster reshard 192.168.78.134:7001

询问要移动多少个插槽，我们计划是3000个：

哪个node来接收这些插槽？显然是7004，那么7004节点的id是多少呢？

这里询问，你的插槽是从哪里移动过来的？

all：代表全部，也就是三个节点各转移一部分
具体的id：目标节点的id
done：没有了

这里我们要从7001获取，因此填写7001的id，填完后，再输入done，这样插槽转移就准备好了：

确认要转移吗？输入yes：

通过命令查看结果：

[root@sql redis_stream]# redis-cli -p 7001 cluster nodes

5.验证效果：

四、故障转移

1.自动故障转移

当集群中有一个master宕机会发生什么呢？

直接停止一个redis实例，例如7002：

# 监视集群状态
[root@sql redis_stream]# watch redis-cli -p 7001 cluster nodes# 复制一个会话，停止实例
[root@sql redis_stream]# redis-cli -p 7002 shutdown

1）首先是该实例与其它实例失去连接

2）然后是疑似宕机：

3）最后是确定下线，自动提升一个slave为新的master：

4）当7002再次启动，就会变为一个slave节点了：

2.手动故障转移

利用cluster failover命令可以手动让集群中的某个master宕机，切换到执行cluster failover命令的这个slave节点，实现无感知的数据迁移。其流程如下：

这种failover命令可以指定三种模式：

缺省：默认的流程，如图1~6歩
force：省略了对offset的一致性校验
takeover：直接执行第5歩，忽略数据一致性、忽略master状态和其它master的意见

案例需求：在7002这个slave节点执行手动故障转移，重新夺回master地位

步骤如下：

1）利用redis-cli连接7002这个节点

2）执行cluster failover命令

如图：

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2.小结

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1.需求分析

2.创建新的redis实例

3.添加新节点到redis

4.转移插槽

5.验证效果：

四、故障转移

1.自动故障转移

2.手动故障转移

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