Redis 集群中的故障转移及其原理-FunTeaLearn Online Web Tutorials

前言

Redis 是一个非常流行的 NoSQL 数据库，应用广泛，包括缓存、队列等场景。为了提高 Redis 的可用性和性能，通常使用 Redis 集群，多个 Redis 实例组成一个逻辑上的集群，使得数据可以在多个节点间进行分布式存储和读写。

然而，在使用 Redis 集群时，可能会出现节点宕机的情况。为了保证集群的高可用性，需要进行故障转移。

本文将介绍 Redis 集群中的故障转移原理和实现方式，对于想要学习 Redis 集群技术和实现的读者，有较大的指导意义。

Redis 集群的基本架构

Redis 集群的基本架构包含了多个 Redis 节点。每个节点都可以存储一部分数据，并且各个节点之间可以共享数据，达到分布式存储和读写的目的。

Redis 集群中包含以下几类节点：

集群控制器节点，负责管理整个集群，包括节点的添加、删除、平衡，以及数据的迁移。
主节点，负责接收客户端的写操作，并将数据同步到从节点。
从节点，负责接收主节点同步过来的数据，并可以接收读操作。

在 Redis 集群中，每个节点都有一个唯一的标识符，称为节点 ID。节点 ID 是一个 40 个字符长的字符串，不同节点的 ID 不同。

Redis 集群中的故障转移

在 Redis 集群中，如果某个节点宕机，那么它上面存储的数据将会不可用。为了保证集群的高可用性，需要进行故障转移。

故障转移的基本流程如下：

当某个节点（主节点）宕机时，集群控制器节点会检查该节点是否有一个从节点处于等待模式（slave-priority=0），如果有，则将该从节点切换为主节点。
如果没有从节点处于等待模式，那么集群控制器节点会选举新的主节点，将原来的从节点切换为主节点。

故障转移的过程中需要对数据进行重新分配，以保证每个节点上的数据在故障转移后仍然可以访问。如果从节点被切换为主节点，那么需要将其他节点上的数据迁移到该主节点上。如果新的主节点是通过选举产生的，那么需要将原先被宕机的主节点上的数据迁移到新的主节点上。

在 Redis 集群中，使用 Gossip 协议进行节点之间的通信，以便快速检测节点宕机，并进行故障转移。Gossip 协议是基于随机传播的协议，每个节点随机选择一些节点进行信息交换，通过交换信息可以快速检测到宕机的节点。Gossip 协议的特点是快速、简单、可扩展，在大规模集群中使用效果较好。

故障转移的实现方式

故障转移的实现方式有两种：

自动故障转移

自动故障转移是 Redis 集群默认的故障转移方式。当主节点宕机时，自动触发故障转移流程，选取可用的从节点或进行选举，将该节点切换为主节点。自动故障转移需要满足以下条件：

在配置文件中开启了故障转移功能（cluster-enabled=yes）。
集群至少有 3 个主节点和 3 个从节点。
任何时候都必须有至少一个从节点处于等待模式（slave-priority=0），以便在主节点宕机后可以选取该从节点作为新的主节点。

自动故障转移的实现方式相对比较简单，不需要人工干预，可以保证集群的高可用性。

手动故障转移

手动故障转移是指手动将某个节点切换为主节点，需要通过命令行进行操作。手动故障转移可以使用 Redis 提供的 CLUSTER FAILOVER 命令进行，命令格式如下：

CLUSTER FAILOVER [FORCE]

当不指定 FORCE 选项时，该命令会将等待模式的从节点切换为主节点，如果没有等待模式的从节点，该命令会进行选举，并将最终选出的节点切换为主节点。当指定 FORCE 选项时，该命令会直接将指定的从节点切换为主节点。

手动故障转移需要人工进行干预，需要设计合理的故障转移策略和监控机制，才能保证集群的高可用性。

示例代码

本文提供一个使用 Redis 集群进行故障转移的示例代码，代码主要实现了 Redis 集群中的读写操作和故障转移。首先需要安装 Redis 集群，本文实例使用了 docker-compose 安装 Redis 集群，同时使用了 PHP 编写示例代码，以下是步骤：

安装 Redis 集群，docker-compose 文件如下：

// www.javascriptcn.com code example
version: '3'
services:
  redis1:
    image: redis:5.0.5-alpine
    deploy:
      replicas: 1
    command: redis-server --port 6379 --cluster-enabled yes --cluster-config-file /data/nodes.conf --cluster-node-timeout 5000 --appendonly yes
    volumes:
      - redis1-data:/data
  redis2:
    image: redis:5.0.5-alpine
    deploy:
      replicas: 1
    command: redis-server --port 6380 --cluster-enabled yes --cluster-config-file /data/nodes.conf --cluster-node-timeout 5000 --appendonly yes
    volumes:
      - redis2-data:/data
  redis3:
    image: redis:5.0.5-alpine
    deploy:
      replicas: 1
    command: redis-server --port 6381 --cluster-enabled yes --cluster-config-file /data/nodes.conf --cluster-node-timeout 5000 --appendonly yes
    volumes:
      - redis3-data:/data
  redis4:
    image: redis:5.0.5-alpine
    deploy:
      replicas: 1
    command: redis-server --port 6382 --cluster-enabled yes --cluster-config-file /data/nodes.conf --cluster-node-timeout 5000 --appendonly yes
    volumes:
      - redis4-data:/data
  redis5:
    image: redis:5.0.5-alpine
    deploy:
      replicas: 1
    command: redis-server --port 6383 --cluster-enabled yes --cluster-config-file /data/nodes.conf --cluster-node-timeout 5000 --appendonly yes
    volumes:
      - redis5-data:/data
  redis6:
    image: redis:5.0.5-alpine
    deploy:
      replicas: 1
    command: redis-server --port 6384 --cluster-enabled yes --cluster-config-file /data/nodes.conf --cluster-node-timeout 5000 --appendonly yes
    volumes:
      - redis6-data:/data
volumes:
  redis1-data:
  redis2-data:
  redis3-data:
  redis4-data:
  redis5-data:
  redis6-data:

创建示例代码文件 index.php，代码如下：

// www.javascriptcn.com code example
<?php

require_once __DIR__ . '/vendor/autoload.php';

use Predis\Cluster\RedisCluster;

$options = [
    'cluster' => 'redis',
    'parameters' => [
        'database' => 0,
    ],
];

$hosts = [
    'redis://172.19.0.2:6379',
    'redis://172.19.0.3:6380',
    'redis://172.19.0.4:6381',
    'redis://172.19.0.5:6382',
    'redis://172.19.0.6:6383',
    'redis://172.19.0.7:6384',
];

$redis = new RedisCluster(null, $hosts, null, $options);

$key = 'name';
$value = 'John Doe';
$redis->set($key, $value);

echo $redis->get($key) . PHP_EOL;

fulshall();

function fulshall()
{
    global $redis;

    for ($i = 0; $i < 100000; $i++) {
        $key = 'key-' . $i;
        $value = 'value-' . $i;
        $redis->set($key, $value);
    }
}

启动 Redis 集群，执行以下命令：

docker-compose up --scale redis=6

启动示例代码，执行以下命令：

php index.php

验证是否输出 John Doe，以及 Redis 中是否已经存储了大量的 key-value 数据。
触发故障转移，先检查 Redis 集群中的节点信息：

docker exec -it [redis-id] redis-cli -c cluster nodes

这里的 [redis-id] 是 Redis 容器的 ID，可以通过执行 docker ps 命令获取。在节点信息中选择一个主节点，使用以下命令模拟它的宕机：

docker stop [redis-id]

再次查看节点信息，验证是否已经进行了故障转移。

结语

本文介绍了 Redis 集群中的故障转移原理和实现方式，并提供了一个使用 Redis 集群进行故障转移的示例代码。需要注意的是，故障转移是 Redis 集群中非常重要的一部分内容，需要合理设计故障转移策略和监控机制，以保证集群的高可用性。

Source: FunTeaLearn,Please indicate the source for reprints https://funteas.com/post/67c014cd314edc268462a3f3

Redis 集群中的故障转移及其原理

前言