diff --git a/docs/database/Redis/redis集群以及应用场景.md b/docs/database/Redis/redis集群以及应用场景.md index 34836173..b12b1b29 100644 --- a/docs/database/Redis/redis集群以及应用场景.md +++ b/docs/database/Redis/redis集群以及应用场景.md @@ -2,20 +2,65 @@ - [史上最全Redis高可用技术解决方案大全](https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2OTA0Njk0OA==&mid=2247484850&idx=1&sn=3238360bfa8105cf758dcf7354af2814&chksm=cea24a79f9d5c36fb2399aafa91d7fb2699b5006d8d037fe8aaf2e5577ff20ae322868b04a87&token=1082669959&lang=zh_CN&scene=21#wechat_redirect) -# Redis 集群以及应用 + -## 集群 -### 主从复制 -#### 主从链(拓扑结构) +- [Redis 集群以及应用](#redis-集群以及应用) + - [集群](#集群) + - [主从复制](#主从复制) + - [主从链(拓扑结构)](#主从链拓扑结构) + - [复制模式](#复制模式) + - [问题点](#问题点) + - [哨兵机制](#哨兵机制) + - [拓扑图](#拓扑图) + - [节点下线](#节点下线) + - [leader选举](#leader选举) + - [故障转移](#故障转移) + - [读写分离](#读写分离) + - [定时任务](#定时任务) + - [分布式集群(Cluster)](#分布式集群cluster) + - [拓扑图](#拓扑图) + - [通讯](#通讯) + - [集中式](#集中式) + - [Gossip](#gossip) + - [寻址分片](#寻址分片) + - [hash取模](#hash取模) + - [一致性hash](#一致性hash) + - [hash槽](#hash槽) + - [使用场景](#使用场景) + - [热点数据](#热点数据) + - [会话维持 Session](#会话维持-session) + - [分布式锁 SETNX](#分布式锁-setnx) + - [表缓存](#表缓存) + - [消息队列 list](#消息队列-list) + - [计数器 string](#计数器-string) + - [缓存设计](#缓存设计) + - [更新策略](#更新策略) + - [更新一致性](#更新一致性) + - [缓存粒度](#缓存粒度) + - [缓存穿透](#缓存穿透) + - [解决方案](#解决方案) + - [缓存雪崩](#缓存雪崩) + - [出现后应对](#出现后应对) + - [请求过程](#请求过程) + + + +# 1. Redis 集群以及应用 + +## 1.1. 集群 + +### 1.1.1. 主从复制 + +#### 1.1.1.1. 主从链(拓扑结构) ![主从](https://user-images.githubusercontent.com/26766909/67539461-d1a26c00-f714-11e9-81ae-61fa89faf156.png) ![主从](https://user-images.githubusercontent.com/26766909/67539485-e0891e80-f714-11e9-8980-d253239fcd8b.png) -#### 复制模式 +#### 1.1.1.2. 复制模式 - 全量复制:master 全部同步到 slave - 部分复制:slave 数据丢失进行备份 -#### 问题点 +#### 1.1.1.3. 问题点 - 同步故障 - 复制数据延迟(不一致) - 读取过期数据(Slave 不能删除数据) @@ -26,108 +71,114 @@ - 优化参数不一致:内存不一致. - 避免全量复制 - 选择小主节点(分片)、低峰期间操作. - - 如果节点运行 id 不匹配(如主节点重启、运行 id 发送变化),此时要执行全量复制,应该配合哨兵和集群解决. - - 主从复制挤压缓冲区不足产生的问题(网络中断,部分复制无法满足),可增大复制缓冲区( rel_backlog_size 参数). + - 如果节点运行 id 不匹配(如主节点重启、运行 id 发送变化)，此时要执行全量复制，应该配合哨兵和集群解决. + - 主从复制挤压缓冲区不足产生的问题(网络中断，部分复制无法满足)，可增大复制缓冲区( rel_backlog_size 参数). - 复制风暴 -### 哨兵机制 -#### 拓扑图 +### 1.1.2. 哨兵机制 + +#### 1.1.2.1. 拓扑图 ![image](https://user-images.githubusercontent.com/26766909/67539495-f0086780-f714-11e9-9eab-c11a163ac6c0.png) -#### 节点下线 +#### 1.1.2.2. 节点下线 - 客观下线 - - 所有 Sentinel 节点对 Redis 节点失败要达成共识,即超过 quorum 个统一. + - 所有 Sentinel 节点对 Redis 节点失败要达成共识，即超过 quorum 个统一。 - 主观下线 - - 即 Sentinel 节点对 Redis 节点失败的偏见,超出超时时间认为 Master 已经宕机. -#### leader选举 -- 选举出一个 Sentinel 作为 Leader:集群中至少有三个 Sentinel 节点,但只有其中一个节点可完成故障转移.通过以下命令可以进行失败判定或领导者选举. -- 选举流程 - 1. 每个主观下线的 Sentinel 节点向其他 Sentinel 节点发送命令,要求设置它为领导者. - 1. 收到命令的 Sentinel 节点如果没有同意通过其他 Sentinel 节点发送的命令,则同意该请求,否则拒绝. - 1. 如果该 Sentinel 节点发现自己的票数已经超过 Sentinel 集合半数且超过 quorum,则它成为领导者. - 1. 如果此过程有多个 Sentinel 节点成为领导者,则等待一段时间再重新进行选举. -#### 故障转移 -- 转移流程 - 1. Sentinel 选出一个合适的 Slave 作为新的 Master(slaveof no one 命令). - 1. 向其余 Slave 发出通知,让它们成为新 Master 的 Slave( parallel-syncs 参数). - 1. 等待旧 Master 复活,并使之称为新 Master 的 Slave. - 1. 向客户端通知 Master 变化. -- 从 Slave 中选择新 Master 节点的规则(slave 升级成 master 之后) - 1. 选择 slave-priority 最高的节点. - 1. 选择复制偏移量最大的节点(同步数据最多). - 1. 选择 runId 最小的节点. -#### 读写分离 -#### 定时任务 -- 每 1s 每个 Sentinel 对其他 Sentinel 和 Redis 执行 ping,进行心跳检测. -- 每 2s 每个 Sentinel 通过 Master 的 Channel 交换信息(pub - sub). -- 每 10s 每个 Sentinel 对 Master 和 Slave 执行 info,目的是发现 Slave 节点、确定主从关系. + - 即 Sentinel 节点对 Redis 节点失败的偏见，超出超时时间认为 Master 已经宕机。 -### 分布式集群(Cluster) -#### 拓扑图 +#### 1.1.2.3. leader选举 +- 选举出一个 Sentinel 作为 Leader:集群中至少有三个 Sentinel 节点，但只有其中一个节点可完成故障转移.通过以下命令可以进行失败判定或领导者选举。 +- 选举流程 + 1. 每个主观下线的 Sentinel 节点向其他 Sentinel 节点发送命令，要求设置它为领导者. + 2. 收到命令的 Sentinel 节点如果没有同意通过其他 Sentinel 节点发送的命令，则同意该请求，否则拒绝。 + 3. 如果该 Sentinel 节点发现自己的票数已经超过 Sentinel 集合半数且超过 quorum，则它成为领导者。 + 4. 如果此过程有多个 Sentinel 节点成为领导者，则等待一段时间再重新进行选举。 + +#### 1.1.2.4. 故障转移 +- 转移流程 + 1. Sentinel 选出一个合适的 Slave 作为新的 Master(slaveof no one 命令)。 + 2. 向其余 Slave 发出通知，让它们成为新 Master 的 Slave( parallel-syncs 参数)。 + 3. 等待旧 Master 复活，并使之称为新 Master 的 Slave。 + 4. 向客户端通知 Master 变化。 +- 从 Slave 中选择新 Master 节点的规则(slave 升级成 master 之后) + 1. 选择 slave-priority 最高的节点。 + 2. 选择复制偏移量最大的节点(同步数据最多)。 + 3. 选择 runId 最小的节点。 + +#### 1.1.2.5. 读写分离 + +#### 1.1.2.6. 定时任务 +- 每 1s 每个 Sentinel 对其他 Sentinel 和 Redis 执行 ping，进行心跳检测。 +- 每 2s 每个 Sentinel 通过 Master 的 Channel 交换信息(pub - sub)。 +- 每 10s 每个 Sentinel 对 Master 和 Slave 执行 info，目的是发现 Slave 节点、确定主从关系。 + +### 1.1.3. 分布式集群(Cluster) + +#### 1.1.3.1. 拓扑图 ![image](https://user-images.githubusercontent.com/26766909/67539510-f8f93900-f714-11e9-9d8d-08afdecff95a.png) -#### 通讯 -##### 集中式 -> 将集群元数据(节点信息、故障等等)几种存储在某个节点上. +#### 1.1.3.2. 通讯 + +##### 1.1.3.2.1. 集中式 +> 将集群元数据(节点信息、故障等等)几种存储在某个节点上。 - 优势 - 1. 元数据的更新读取具有很强的时效性,元数据修改立即更新 + 1. 元数据的更新读取具有很强的时效性，元数据修改立即更新 - 劣势 1. 数据集中存储 -##### Gossip + +##### 1.1.3.2.2. Gossip ![image](https://user-images.githubusercontent.com/26766909/67539546-16c69e00-f715-11e9-9891-1e81b6af624c.png) - [Gossip 协议](https://www.jianshu.com/p/8279d6fd65bb) -#### 寻址分片 -##### hash取模 +#### 1.1.3.3. 寻址分片 + +##### 1.1.3.3.1. hash取模 - hash(key)%机器数量 - 问题 - 1. 机器宕机,造成数据丢失,数据读取失败 + 1. 机器宕机，造成数据丢失，数据读取失败 1. 伸缩性 -##### 一致性hash + +##### 1.1.3.3.2. 一致性hash - ![image](https://user-images.githubusercontent.com/26766909/67539595-352c9980-f715-11e9-8e4a-9d9c04027785.png) - 问题 1. 一致性哈希算法在节点太少时，容易因为节点分布不均匀而造成缓存热点的问题。 - 解决方案 - 可以通过引入虚拟节点机制解决：即对每一个节点计算多个 hash，每个计算结果位置都放置一个虚拟节点。这样就实现了数据的均匀分布，负载均衡。 -##### hash槽 + +##### 1.1.3.3.3. hash槽 - CRC16(key)%16384 - ![image](https://user-images.githubusercontent.com/26766909/67539610-3fe72e80-f715-11e9-8e0d-ea58bc965795.png) +## 1.2. 使用场景 - - - - -## 使用场景 - -### 热点数据 +### 1.2.1. 热点数据 存取数据优先从 Redis 操作，如果不存在再从文件（例如 MySQL）中操作，从文件操作完后将数据存储到 Redis 中并返回。同时有个定时任务后台定时扫描 Redis 的 key，根据业务规则进行淘汰，防止某些只访问一两次的数据一直存在 Redis 中。 >例如使用 Zset 数据结构，存储 Key 的访问次数/最后访问时间作为 Score，最后做排序，来淘汰那些最少访问的 Key。 如果企业级应用，可以参考：[阿里云的 Redis 混合存储版][1] -### 会话维持 Session +### 1.2.2. 会话维持 Session 会话维持 Session 场景，即使用 Redis 作为分布式场景下的登录中心存储应用。每次不同的服务在登录的时候，都会去统一的 Redis 去验证 Session 是否正确。但是在微服务场景，一般会考虑 Redis + JWT 做 Oauth2 模块。 >其中 Redis 存储 JWT 的相关信息主要是留出口子，方便以后做统一的防刷接口，或者做登录设备限制等。 -### 分布式锁 SETNX +### 1.2.3. 分布式锁 SETNX 命令格式：`SETNX key value`：当且仅当 key 不存在，将 key 的值设为 value。若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作。 1. 超时时间设置：获取锁的同时，启动守护线程，使用 expire 进行定时更新超时时间。如果该业务机器宕机，守护线程也挂掉，这样也会自动过期。如果该业务不是宕机，而是真的需要这么久的操作时间，那么增加超时时间在业务上也是可以接受的，但是肯定有个最大的阈值。 2. 但是为了增加高可用，需要使用多台 Redis，就增加了复杂性，就可以参考 Redlock：[Redlock分布式锁](Redlock分布式锁.md#怎么在单节点上实现分布式锁) -### 表缓存 +### 1.2.4. 表缓存 Redis 缓存表的场景有黑名单、禁言表等。访问频率较高，即读高。根据业务需求，可以使用后台定时任务定时刷新 Redis 的缓存表数据。 -### 消息队列 list +### 1.2.5. 消息队列 list 主要使用了 List 数据结构。 List 支持在头部和尾部操作，因此可以实现简单的消息队列。 @@ -136,42 +187,47 @@ List 支持在头部和尾部操作，因此可以实现简单的消息队列。 同时可以使用多个 List，来实现多个队列，根据不同的业务消息，塞入不同的 List，来增加吞吐量。 -### 计数器 string +### 1.2.6. 计数器 string 主要使用了 INCR、DECR、INCRBY、DECRBY 方法。 INCR key：给 key 的 value 值增加一 DECR key：给 key 的 value 值减去一 -## 缓存设计 -### 更新策略 -- LRU、LFU、FIFO 算法自动清除:一致性最差,维护成本低. -- 超时自动清除(key expire):一致性较差,维护成本低. -- 主动更新:代码层面控制生命周期,一致性最好,维护成本高. -### 更新一致性 -- 读请求:先读缓存,缓存没有的话,就读数据库,然后取出数据后放入缓存,同时返回响应. -- 写请求:先删除缓存,然后再更新数据库(避免大量地写、却又不经常读的数据导致缓存频繁更新). -### 缓存粒度 -- 通用性:全量属性更好. -- 占用空间:部分属性更好. -- 代码维护成本. +## 1.3. 缓存设计 -### 缓存穿透 -> 当大量的请求无命中缓存、直接请求到后端数据库(业务代码的 bug、或恶意攻击),同时后端数据库也没有查询到相应的记录、无法添加缓存. - 这种状态会一直维持,流量一直打到存储层上,无法利用缓存、还会给存储层带来巨大压力. -> -#### 解决方案 +### 1.3.1. 更新策略 +- LRU、LFU、FIFO 算法自动清除：一致性最差，维护成本低。 +- 超时自动清除(key expire)：一致性较差，维护成本低。 +- 主动更新：代码层面控制生命周期，一致性最好，维护成本高。 + +### 1.3.2. 更新一致性 +- 读请求：先读缓存，缓存没有的话，就读数据库，然后取出数据后放入缓存，同时返回响应。 +- 写请求：先删除缓存，然后再更新数据库(避免大量地写、却又不经常读的数据导致缓存频繁更新)。 + +### 1.3.3. 缓存粒度 +- 通用性：全量属性更好。 +- 占用空间：部分属性更好。 +- 代码维护成本。 + +### 1.3.4. 缓存穿透 +> 当大量的请求无命中缓存、直接请求到后端数据库(业务代码的 bug、或恶意攻击)，同时后端数据库也没有查询到相应的记录、无法添加缓存。 +> 这种状态会一直维持，流量一直打到存储层上，无法利用缓存、还会给存储层带来巨大压力。 + +#### 1.3.4.1. 解决方案 1. 请求无法命中缓存、同时数据库记录为空时在缓存添加该 key 的空对象(设置过期时间)，缺点是可能会在缓存中添加大量的空值键(比如遭到恶意攻击或爬虫)，而且缓存层和存储层数据短期内不一致； -1. 使用布隆过滤器在缓存层前拦截非法请求、自动为空值添加黑名单(同时可能要为误判的记录添加白名单).但需要考虑布隆过滤器的维护(离线生成/ 实时生成). -### 缓存雪崩 -> 缓存崩溃时请求会直接落到数据库上,很可能由于无法承受大量的并发请求而崩溃,此时如果只重启数据库,或因为缓存重启后没有数据,新的流量进来很快又会把数据库击倒 -> -#### 出现后应对 -- 事前:Redis 高可用,主从 + 哨兵,Redis Cluster,避免全盘崩溃. -- 事中:本地 ehcache 缓存 + hystrix 限流 & 降级,避免数据库承受太多压力. -- 事后:Redis 持久化,一旦重启,自动从磁盘上加载数据,快速恢复缓存数据. -#### 请求过程 -1. 用户请求先访问本地缓存,无命中后再访问 Redis,如果本地缓存和 Redis 都没有再查数据库,并把数据添加到本地缓存和 Redis； -1. 由于设置了限流,一段时间范围内超出的请求走降级处理(返回默认值,或给出友情提示). +2. 使用布隆过滤器在缓存层前拦截非法请求、自动为空值添加黑名单(同时可能要为误判的记录添加白名单).但需要考虑布隆过滤器的维护(离线生成/ 实时生成)。 + +### 1.3.5. 缓存雪崩 +> 缓存崩溃时请求会直接落到数据库上，很可能由于无法承受大量的并发请求而崩溃，此时如果只重启数据库，或因为缓存重启后没有数据，新的流量进来很快又会把数据库击倒。 + +#### 1.3.5.1. 出现后应对 +- 事前：Redis 高可用，主从 + 哨兵，Redis Cluster，避免全盘崩溃。 +- 事中：本地 ehcache 缓存 + hystrix 限流 & 降级，避免数据库承受太多压力。 +- 事后：Redis 持久化，一旦重启，自动从磁盘上加载数据，快速恢复缓存数据。 + +#### 1.3.5.2. 请求过程 +1. 用户请求先访问本地缓存，无命中后再访问 Redis，如果本地缓存和 Redis 都没有再查数据库，并把数据添加到本地缓存和 Redis； +2. 由于设置了限流，一段时间范围内超出的请求走降级处理(返回默认值，或给出友情提示)。 [1]: https://promotion.aliyun.com/ntms/act/redishybridstorage.html?spm=5176.54432.1380373.5.41921cf20pcZrZ&aly_as=ArH4VaEb \ No newline at end of file