4 种 Redis 集群方案介绍 + 优缺点对比

在服务开发中，单机都会存在单点故障的问题，及服务部署在一场台服务器上，一旦服务器宕机服务就不可用，所以为了让服务高可用，分布式服务就出现了，将同一服务部署到多台机器上，即使其中几台服务器宕机，只要有一台服务器可用服务就可用。

redis也是一样，为了解决单机故障引入了主从模式，但主从模式存在一个问题：master节点故障后服务，需要人为的手动将slave节点切换成为maser节点后服务才恢复。redis为解决这一问题又引入了哨兵模式，哨兵模式能在master节点故障后能自动将salve节点提升成master节点，不需要人工干预操作就能恢复服务可用。

但是主从模式、哨兵模式都没有达到真正的数据sharding存储，每个redis实例中存储的都是全量数据，所以redis cluster就诞生了，实现了真正的数据分片存储。但是由于redis cluster发布得比较晚(2015年才发布正式版 )，各大厂等不及了，陆陆续续开发了自己的redis数据分片集群模式，比如：Twemproxy、Codis等。

1、主从模式

redis单节点虽然有通过RDB和AOF持久化机制能将数据持久化到硬盘上，但数据是存储在一台服务器上的，如果服务器出现硬盘故障等问题，会导致数据不可用，而且读写无法分离，读写都在同一台服务器上，请求量大时会出现I/O瓶颈。

为了避免单点故障 和 读写不分离，Redis 提供了复制（replication）功能实现master数据库中的数据更新后，会自动将更新的数据同步到其他slave数据库上。

如上redis主从结构特点：一个master可以有多个salve节点；salve节点可以有slave节点，从节点是级联结构。

主从模式优缺点

1. 优点: 主从结构具有读写分离，提高效率、数据备份，提供多个副本等优点。

2. 不足: 最大的不足就是主从模式不具备自动容错和恢复功能，主节点故障，集群则无法进行工作，可用性比较低，从节点升主节点需要人工手动干预。

普通的主从模式，当主数据库崩溃时，需要手动切换从数据库成为主数据库:

1. 在从数据库中使用SLAVE NO ONE命令将从数据库提升成主数据继续服务。

2. 启动之前崩溃的主数据库，然后使用SLAVEOF命令将其设置成新的主数据库的从数据库，即可同步数据。

2、哨兵模式

第一种主从同步/复制的模式，当主服务器宕机后，需要手动把一台从服务器切换为主服务器，这就需要人工干预，费事费力，还会造成一段时间内服务不可用，这时候就需要哨兵模式登场了。

哨兵模式是从Redis的2.6版本开始提供的，但是当时这个版本的模式是不稳定的，直到Redis的2.8版本以后，这个哨兵模式才稳定下来。

哨兵模式核心还是主从复制，只不过在相对于主从模式在主节点宕机导致不可写的情况下，多了一个竞选机制：从所有的从节点竞选出新的主节点。竞选机制的实现，是依赖于在系统中启动一个sentinel进程。

如上图，哨兵本身也有单点故障的问题，所以在一个一主多从的Redis系统中，可以使用多个哨兵进行监控，哨兵不仅会监控主数据库和从数据库，哨兵之间也会相互监控。每一个哨兵都是一个独立的进程，作为进程，它会独立运行。

(1)哨兵模式的作用：

监控所有服务器是否正常运行：通过发送命令返回监控服务器的运行状态，处理监控主服务器、从服务器外，哨兵之间也相互监控。

故障切换：当哨兵监测到master宕机，会自动将slave切换成master，然后通过发布订阅模式通知其他的从服务器，修改配置文件，让它们切换master。同时那台有问题的旧主也会变为新主的从，也就是说当旧的主即使恢复时，并不会恢复原来的主身份，而是作为新主的一个从。

(2)哨兵实现原理

哨兵在启动进程时，会读取配置文件的内容，通过如下的配置找出需要监控的主数据库：

sentinel monitor master-name ip port quorum
#master-name是主数据库的名字
#ip和port 是当前主数据库地址和端口号
#quorum表示在执行故障切换操作前，需要多少哨兵节点同意。

这里之所以只需要连接主节点，是因为通过主节点的info命令，获取从节点信息，从而和从节点也建立连接，同时也能通过主节点的info信息知道新增从节点的信息。

一个哨兵节点可以监控多个主节点，但是并不提倡这么做，因为当哨兵节点崩溃时，同时有多个集群切换会发生故障。哨兵启动后，会与主数据库建立两条连接。

1. 订阅主数据库_sentinel_:hello频道以获取同样监控该数据库的哨兵节点信息

2. 定期向主数据库发送info命令，获取主数据库本身的信息。

跟主数据库建立连接后会定时执行以下三个操作：

（1）每隔10s向master和 slave发送info命令。作用是获取当前数据库信息，比如发现新增从节点时，会建立连接，并加入到监控列表中，当主从数据库的角色发生变化进行信息更新。

（2）每隔2s向主数据里和从数据库的_sentinel_:hello频道发送自己的信息。作用是将自己的监控数据和哨兵分享。每个哨兵会订阅数据库的_sentinel:hello频道，当其他哨兵收到消息后，会判断该哨兵是不是新的哨兵，如果是则将其加入哨兵列表，并建立连接。

（3）每隔1s向所有主从节点和所有哨兵节点发送ping命令，作用是监控节点是否存活。

(3)主观下线和客观下线

哨兵节点发送ping命令时，当超过一定时间(down-after-millisecond)后，如果节点未回复，则哨兵认为主观下线。主观下线表示当前哨兵认为该节点已经下面，如果该节点为主数据库，哨兵会进一步判断是够需要对其进行故障切换，这时候就要发送命令(SENTINEL is-master-down-by-addr)询问其他哨兵节点是否认为该主节点是主观下线，当达到指定数量(quorum)时，哨兵就会认为是客观下线。

当主节点客观下线时就需要进行主从切换，主从切换的步骤为：

• 选出领头哨兵。

• 领头哨兵所有的slave选出优先级最高的从数据库。优先级可以通过slave-priority选项设置。

• 如果优先级相同，则从复制的命令偏移量越大（即复制同步数据越多，数据越新），越优先。

• 如果以上条件都一样，则选择run ID较小的从数据库。