Redis Cluster Notes

Posted 2021-01-03 luojiahu

Redis Cluster Goal:
     1. 最大支持1000个节点的高性能、可线性扩展集群；集群架构中无Proxy层，主从间采用异步同步机制（replication）,无merge层（不支持跨节点操作）
     2. 可接受的写入安全性（存在数据丢失的可能）
     3. 可用性：当集群中大部分主节点可用，且失效的主节点至少有一个Slave可达时，集群可用；支持主节点失效从节点自动升级为主节点，支持从节点迁移以保证每个主节点至少有一个从节点。

Redis集群Key相关：
     1. 不支持需要跨节点的命令，这些命令当需要操作的Key在单个节点上时仍旧可用
     2. 支持指定某些特定Key存储于同一节点
     3. 集群不再支持多databases
    

单个Redis实例单进程运行，只能利用到单个CPU，若要利用服务器所有性能，可在单台服务器运行多个实例，以最大化利用CPU性能。但要考虑到机器可用性，若机器不可用，则会导致多个实例失效。

Redis集群数据一致性保证：
     Redis集群不提供强一致性保证。默认情况下，主节点接收到写入命令后返回客户端，然后与从节点进行同步。
     命令WAIT提供了集群近似强一致性保证。

Redis集群TCP端口：
每个节点需要开通两个TCP端口
     1. 接收来自客户端的连接，如6379，可称之为命令端口。该端口需像集群其他节点及客户端节点开放。
     2. 数据端口（data port）,为连接端口+10000，如16379，用于集群总线（cluster bus）通信，主要功能有：failure检测，配置更新，failover认证等。该端口需向集群其他节点开放。
     3. 集群若要正常工作，上述两端口均需按要求开放。
    

Redis集群数据分片（Sharding）：
     Redis集群未采用一致性Hash，而是将每个key映射到slot。一个Redis集群拥有16384个Hash slot，这些slot被平均分配到集群中的每个节点上。每个key对应的slot为：key的CRC16码对16384取模。
     这种数据分片方案使得在集群中添加或者删除节点变得非常方便，在添加或者删除节点时，集群无需停止。
    
Redis集群配置参数：
    
     cluster-enabled <yes/no>: 集群模式开关
     cluster-config-file <filename>: 集群配置文件，用于存储集群内节点的信息及集群配置信息。该文件由节点维护，每次集群有变化时重写，用户不能对该文件进行编辑。
     cluster-node-timeout <milliseconds> 集群内节点不可用的最大时间，超过该时间节点将被认为无效。
     cluster-slave-validity-factor <factor>: 设为0时集群内Slave将会持续询问Master的可用性。当设为其他值时，例如10，而cluster-node-timeout设为5 seconds，当Slave与Master间超过50 seconds没有通信时，Slave不会尝试再去使主节点失效，这有可能导致集群不可用。
     cluster-migration-barrier <count>: 当某些主节点不再具有从节点而需要migration时，其他主节点应保留的最小Slave个数
     cluster-require-full-coverage <yes/no>: 默认为yes，当集群内一定比例的Key没有被节点Cover的时候，集群不再可用。设为no，则这种情况下集群仍旧可用

Redis集群节点ID(Node ID)：
     集群内每个节点具有一个唯一的ID，该ID在该节点全生命周期中不变，集群通过ID唯一标识节点，而不是可能发生变化的IP 和Port。
    
Redis集群在线操作：
     Resharding:
         当集群内某些节点负载过高时，可以通过在线Resharding来均衡负载。Resharding操作期间，集群仍旧可用。
         Resharding需要借助redis-trib.rb 脚本完成，需要自定Resharding的Slots数量，目标节点，源节点等信息。
    
     手动故障切换（Manually Failover）：
         当集群内某些节点需要进行升级等操作时，Redis集群支持手动故障切换操作，而同时不影响集群的可用性。

    动态添加节点：
         通过借助redis-trib脚本可以添加节点作为Master或者Slave。
         redis-trib.rb add-node
     动态删除节点：
         redis-trib.rb del-node 可以删除空Master或者Slave

    集群升级：
         当集群需要升级时可以通过动态启停实现。
         a. 对于Slave: 通过1. 停机 2. 升级版本 3. 重启 即可实现
         b. 对于Master:
             1. 对Master实施Manually Failover
             2. 等待Master转变为Slave
             3. 实施Slave升级步骤
             4. 对新Master实施Manually Failover以使原节点重新成为Master
         c. 可以对集群内所有节点逐个实施上述步骤以达到升级整个集群的目的