Redis组件介绍(五)

写在前面

今天继续学习redis后面的知识。

Redis 哨兵机制

哨兵 Sentinel 机制

Sentinel（哨兵）是 Redis 的高可用性解决方案。由一个或多个 Sentinel 实例组成的 Sentinel 系统可以监视任意多个主服务器，以及这些主服务器属下的所有从服务器。当被监视的主服务器进入下线状态时，Sentinel 会自动将下线主服务器属下的某个从服务器升级为新的主服务器。简单来说，哨兵就是带有自动故障转移功能的主从架构。

无法解决:

1. 单节点并发压力问题
2. 单节点内存和磁盘物理上限

哨兵架构原理

Redis 集群

集群

Redis 从 3.0 开始支持 Cluster 模式。Redis 集群支持节点的自动发现、支持从主节点的选举和容错、支持在线分片（sharding）等特性。
PING PONG 协议（心跳机制）

集群搭建

创建集群

1. 准备环境安装 Ruby 以及 Redis 集群依赖

   yum install -y ruby rubygems
   # https://rubygems.org/gems/redis/versions
   gem install redis-xxx.gem
   

2. 在一台机器创建 7 个目录

   # 创建目录并复制配置文件
   cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7000/
   cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7001/
   cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7002/
   cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7003/
   cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7004/
   cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7005/
   cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/redis.conf ./7007/
   

3. 修改不同目录配置文件

   # 编辑配置文件（例如 ./7000/redis.conf）
   port 7000                           # 修改端口
   # bind 127.0.0.1 -::1              # 开启远程连接
   protected-mode no
   daemonize yes                       # 开启后台运行
   dbfilename dump-7000.rdb            # 每台机器的文件不能一样
   cluster-enabled yes                 # 开启集群模式
   cluster-config-file nodes-7000.conf # 集群节点配置文件
   cluster-node-timeout 5000           # 集群节点超时时间
   appendonly yes                      # 开启 AOF 持久化
   appendfilename "appendonly-7000.aof" # 修改 AOF 文件名
   appenddirname "appendonlydir-7000"
   

4. 指定不同目录配置文件启动七个节点

   redis-server 7000/redis.conf
   redis-server 7001/redis.conf
   redis-server 7002/redis.conf
   redis-server 7003/redis.conf
   redis-server 7004/redis.conf
   redis-server 7005/redis.conf
   redis-server 7006/redis.conf
   

5. 复制集群操作脚本到 bin 目录中

   cp /usr/local/soft/bigdata17/redis-install/redis-7.0.0/src/redis-trib.rb /usr/local/soft/redis/bin/
   

   对于 Redis 7.0.0 之后的版本，使用以下命令：

   redis-cli --cluster create 192.168.40.110:7000 192.168.40.110:7001 192.168.40.110:7002 192.168.40.110:7003 192.168.40.110:7004 192.168.40.110:7005 --cluster-replicas 1
   

6. 查看集群状态

   # 查看集群状态
   redis-cli --cluster check 192.168.40.110:7000
   

集群节点状态说明

• 主节点

  • 主节点存在 hash slots，且主节点的 hash slots 没有交叉
  • 主节点不能删除
  • 一个主节点可以有多个从节点
  • 主节点宕机时多个副本之间自动选举主节点

• 从节点

  • 从节点没有 hash slots
  • 从节点可以删除
  • 从节点不负责数据的写，只负责数据的同步

使用集群

1. 添加节点（默认为从）

   # 添加主节点
   redis-cli --cluster add-node 192.168.40.110:7006 192.168.40.110:7000 --cluster-slave
   

   注意:1. 该节点必须以集群模式启动 2. 默认情况下该节点是以 master 节点形式添加
   

2. 删除副本节点

   # 删除节点
   redis-trib.rb del-node 192.168.40.110:7002 0ca3f102ecf0c888fc7a7ce43a13e9be9f6d3dd1
   

   注意: 1. 被删除的节点必须是从节点或没有被分配 hash slots 的节点

Redis 面试题与理解

穿透（要查询的数据根本不存在）

穿透指用户查询数据时，如果数据既不存在于数据库中，也不存在于缓存中，那么每次请求都会直接访问数据库，从而绕过缓存，导致数据库负载增加。

穿透解决方案

1. 对空值进行缓存
   类似于上面的例子，虽然数据库中没有 id=-1234 的用户数据，但可以在 Redis 中缓存一个空值（key=-1234，value=null），以避免频繁查询数据库。

2. 实时监控
   对 Redis 进行实时监控，发现命中率下降时进行排查，结合运维人员分析访问对象和数据，设置黑名单限制服务。

3. 使用布隆过滤器
   使用 BitMap 作为布隆过滤器，将所有可访问的资源通过简单的映射关系放入布隆过滤器中，当请求到来时，先进行布隆过滤器判断，如果有则放行，否则拦截。

4. 接口校验
   对无效请求（例如 id=-1234）进行拦截，防止其到达 Redis 或数据库。

雪崩（一批数据有，但过期时间到了）

雪崩指大量数据在同一时刻过期，导致大量请求落到数据库，造成数据库压力增加，严重时可能导致数据库宕机。

雪崩解决方案

1. 使用互斥锁（Mutex Lock）或分布式锁
   只允许一个请求访问后端数据源，其他请求等待并共享结果。

2. 将失效时间分散开
   使用随机数生成缓存的过期时间，避免集中失效。

3. 使用多级缓存架构
   例如使用 nginx 缓存 + Redis 缓存 + 其他缓存，不同层使用不同缓存，可靠性更强。

4. 设置缓存标记
   记录缓存数据是否过期，过期时触发后台线程更新实际的 key。

5. 设置热点数据的永不过期或较长过期时间
   减少热点数据失效的机会。

击穿（针对某一个数据突然过期，直接查数据库）

击穿指高并发情况下，当一个 key 突然失效，大量请求直接访问数据库，可能导致数据库负载过高。

击穿解决方案

1. 为缓存数据设置不同的过期时间
   避免集中失效，监控数据，适时调整。

2. 引入两级缓存架构
   使用本地缓存（如 Guava Cache）作为第一级缓存，Redis 作为第二级缓存，设置不同的过期时间。

3. 针对热点数据预加载
   保证缓存不会在同一时间全部失效。

总结

如果大量的请求在redis上得不到响应，那么就会导致这些请求会直接去访问DB，导致DB的压力瞬间变大而卡死或者宕机。

• 大量高并发请求打在 Redis 上
• Redis 上的资源未能响应时，直接访问数据库
• 数据库压力瞬间增大，可能导致数据库宕机，引发一系列“灾害”