Redis 的几种常见使用方式

黄智勇

　　常见使用方式
　　Redis 的几种常见使用方式包括：

• 　　Redis 单副本
  
• 　　Redis 多副本（主从）
  
• 　　Redis Sentinel（哨兵）
  
• 　　Redis Cluster
  
• 　　Redis 自研
  

　　　　各种使用方式的优缺点

　　　　Redis 单副本

　　Redis 单副本，采用单个 Redis 节点部署架构，没有备用节点实时同步数据，不提供数据持久化和备份策略，适用于数据可靠性要求不高的纯缓存业务场景。

　　优点：

• 　　架构简单，部署方便。
  
• 　　高性价比：缓存使用时无需备用节点（单实例可用性可以用 supervisor 或 crontab 保证），当然为了满足业务的高可用性，也可以牺牲一个备用节点，但同时刻只有一个实例对外提供服务。
  
• 　　高性能。
  

　　缺点：

• 　　不保证数据的可靠性。
  
• 　　在缓存使用，进程重启后，数据丢失，即使有备用的节点解决高可用性，但是仍然不能解决缓存预热问题，因此不适用于数据可靠性要求高的业务。
  
• 　　高性能受限于单核 CPU 的处理能力（Redis 是单线程机制），CPU 为主要瓶颈，所以适合操作命令简单，排序、计算较少的场景。也可以考虑用 Memcached 替代。
  

　　　　Redis 多副本（主从）

　　Redis 多副本，采用主从（replication）部署结构，相较于单副本而言最大的特点就是主从实例间数据实时同步，并且提供数据持久化和备份策略。
　　主从实例部署在不同的物理服务器上，根据公司的基础环境配置，可以实现同时对外提供服务和读写分离策略。

　　优点：

• 　　高可靠性：一方面，采用双机主备架构，能够在主库出现故障时自动进行主备切换，从库提升为主库提供服务，保证服务平稳运行；另一方面，开启数据持久化功能和配置合理的备份策略，能有效的解决数据误操作和数据异常丢失的问题。
  
• 　　读写分离策略：从节点可以扩展主库节点的读能力，有效应对大并发量的读操作。
  

　　缺点：

• 　　故障恢复复杂，如果没有 Redis HA 系统（需要开发），当主库节点出现故障时，需要手动将一个从节点晋升为主节点，同时需要通知业务方变更配置，并且需要让其他从库节点去复制新主库节点，整个过程需要人为干预，比较繁琐。
  
• 　　主库的写能力受到单机的限制，可以考虑分片。
  
• 　　主库的存储能力受到单机的限制，可以考虑 Pika。
  
• 　　原生复制的弊端在早期的版本中也会比较突出，如：Redis 复制中断后，Slave 会发起 psync，此时如果同步不成功，则会进行全量同步，主库执行全量备份的同时可能会造成毫秒或秒级的卡顿。
  

　　又由于 COW 机制，导致极端情况下的主库内存溢出，程序异常退出或宕机；主库节点生成备份文件导致服务器磁盘 IO 和 CPU（压缩）资源消耗；发送数 GB 大小的备份文件导致服务器出口带宽暴增，阻塞请求，建议升级到最新版本。
　　　　Redis Sentinel（哨兵）

　　Redis Sentinel 是社区版本推出的原生高可用解决方案，其部署架构主要包括两部分：Redis Sentinel 集群和 Redis 数据集群。
　　其中 Redis Sentinel 集群是由若干 Sentinel 节点组成的分布式集群，可以实现故障发现、故障自动转移、配置中心和客户端通知。Redis Sentinel 的节点数量要满足 2n+1（n>=1）的奇数个。

　　优点：

• 　　Redis Sentinel 集群部署简单；
  
• 　　能够解决 Redis 主从模式下的高可用切换问题；
  
• 　　很方便实现 Redis 数据节点的线形扩展，轻松突破 Redis 自身单线程瓶颈，可极大满足 Redis 大容量或高性能的业务需求；
  
• 　　可以实现一套 Sentinel 监控一组 Redis 数据节点或多组数据节点。
  

　　缺点：

• 　　部署相对 Redis 主从模式要复杂一些，原理理解更繁琐；
  
• 　　资源浪费，Redis 数据节点中 slave 节点作为备份节点不提供服务；
  
• 　　Redis Sentinel 主要是针对 Redis 数据节点中的主节点的高可用切换，对 Redis 的数据节点做失败判定分为主观下线和客观下线两种，对于 Redis 的从节点有对节点做主观下线操作，并不执行故障转移。
  
• 　　不能解决读写分离问题，实现起来相对复杂。
  

　　建议：

• 　　如果监控同一业务，可以选择一套 Sentinel 集群监控多组 Redis 数据节点的方案，反之选择一套 Sentinel 监控一组 Redis 数据节点的方案。
  
• 
  　　sentinel monitor     配置中的建议设置成 Sentinel 节点的一半加 1，当 Sentinel 部署在多个>
  
• 　　合理设置参数，防止误切，控制切换灵敏度控制：
  　　a. quorum
  　　b. down-after-milliseconds 30000
  　　c. failover-timeout 180000
  　　d. maxclient
  　　e. timeout
  
• 　　部署的各个节点服务器时间尽量要同步，否则日志的时序性会混乱。
  
• 　　Redis 建议使用 pipeline 和 multi-keys 操作，减少 RTT 次数，提高请求效率。
  
• 　　自行搞定配置中心（zookeeper），方便客户端对实例的链接访问。
  

　　　　Redis Cluster

　　Redis Cluster 是社区版推出的 Redis 分布式集群解决方案，主要解决 Redis 分布式方面的需求，比如，当遇到单机内存，并发和流量等瓶颈的时候，Redis Cluster 能起到很好的负载均衡的目的。
　　Redis Cluster 集群节点最小配置 6 个节点以上（3 主 3 从），其中主节点提供读写操作，从节点作为备用节点，不提供请求，只作为故障转移使用。
　　Redis Cluster 采用虚拟槽分区，所有的键根据哈希函数映射到 0～16383 个整数槽内，每个节点负责维护一部分槽以及槽所映射的键值数据。

　　优点：

• 　　无中心架构；
  
• 　　数据按照 slot 存储分布在多个节点，节点间数据共享，可动态调整数据分布；
  
• 　　可扩展性：可线性扩展到 1000 多个节点，节点可动态添加或删除；
  
• 　　高可用性：部分节点不可用时，集群仍可用。通过增加 Slave 做 standby 数据副本，能够实现故障自动 failover，节点之间通过 gossip 协议交换状态信息，用投票机制完成 Slave 到 Master 的角色提升；
  
• 　　降低运维成本，提高系统的扩展性和可用性。
  

　　缺点：

• 　　Client 实现复杂，驱动要求实现 Smart Client，缓存 slots mapping 信息并及时更新，提高了开发难度，客户端的不成熟影响业务的稳定性。目前仅 JedisCluster 相对成熟，异常处理部分还不完善，比如常见的“max redirect exception”。
  
• 　　节点会因为某些原因发生阻塞（阻塞时间大于 clutser-node-timeout），被判断下线，这种 failover 是没有必要的。
  
• 　　数据通过异步复制，不保证数据的强一致性。
  
• 　　多个业务使用同一套集群时，无法根据统计区分冷热数据，资源隔离性较差，容易出现相互影响的情况。
  
• 　　Slave 在集群中充当“冷备”，不能缓解读压力，当然可以通过 SDK 的合理设计来提高 Slave 资源的利用率。
  
• 　　Key 批量操作限制，如使用 mset、mget 目前只支持具有相同 slot 值的 Key 执行批量操作。对于映射为不同 slot 值的 Key 由于 Keys 不支持跨 slot 查询，所以执行 mset、mget、sunion 等操作支持不友好。
  
• 　　Key 事务操作支持有限，只支持多 key 在同一节点上的事务操作，当多个 Key 分布于不同的节点上时无法使用事务功能。
  
• 　　Key 作为数据分区的最小粒度，不能将一个很大的键值对象如 hash、list 等映射到不同的节点。
  
• 　　不支持多数据库空间，单机下的 redis 可以支持到 16 个数据库，集群模式下只能使用 1 个数据库空间，即db  0 。
  
• 　　复制结构只支持一层，从节点只能复制主节点，不支持嵌套树状复制结构。
  
• 　　避免产生 hot-key，导致主库节点成为系统的短板。
  
• 　　避免产生 big-key，导致网卡撑爆、慢查询等。
  
• 　　重试时间应该大于 cluster-node-time 时间。
  
• 　　Redis Cluster 不建议使用 pipeline和multi-keys 操作，减少 max redirect 产生的场景。
  

　　　　Redis 自研

　　Redis 自研的高可用解决方案，主要体现在配置中心、故障探测和 failover 的处理机制上，通常需要根据企业业务的实际线上环境来定制化。

　　优点：

• 　　高可靠性、高可用性；
  
• 　　自主可控性高；
  
• 　　贴合业务实际需求，可缩性好，兼容性好。
  

　　缺点：

• 　　实现复杂，开发成本高；
  
• 　　需要建立配套的周边设施，如监控，域名服务，存储元数据信息的数据库等；
  
• 　　维护成本高。
  

　　作者：张冬洪
　　作者介绍：极数云舟数据库架构师，极数学院联合创始人，前新浪微博高级 DBA，Redis 中国用户组主席，阿里云 MVP。
　　编辑：关崇、孙淑娟
　　出处：本文转载自CRUG订阅号（ID：rediscn）
　　https://mp.weixin.qq.com/s/Z-PyNgiqYrm0ZYg0r6MVeQ