分布式缓存_redis安装教程rdb文件

分布式缓存

Redis持久化

单机安装Redis

首先需要安装Redis所需要的依赖：

yum install -y gcc tcl
1

上传redis压缩包后解压缩：

tar -xvf redis-6.2.4.tar.gz
1

解压后，进入redis目录：

cd redis-6.2.4
1

运行编译命令：

make && make install
1

如果没有出错，应该就安装成功了。

然后修改redis.conf文件中的一些配置：

# 绑定地址，默认是127.0.0.1，会导致只能在本地访问。修改为0.0.0.0则可以在任意IP访问
bind 0.0.0.0
# 数据库数量，设置为1
databases 1
1
2
3
4

启动Redis：

redis-server redis.conf
1

停止redis服务：

redis-cli shutdown
1

RDB

RDB全称Reids Databse Backup file（Redis数据备份文件），也被叫做Redis数据快照。简单来说就是把内存中的所有数据都记录到磁盘中。当Redis实例故障重启后，从磁盘读取快照文件，恢复数据。

快照文件称为RDB文件，默认是保存在当前运行目录。

Redis停机会执行一次RDB

bgsave开始时会fork主进程得到子进程，子进程共享主进程的内存数据。完成fork后读取内存数据并写入RDB文件。fork采用的是copy-on-write技术：

• 当主进程执行读操作时，访问共享内存；
• 当主进程执行写操作时，则会拷贝一份数据，执行写操作。

RDB缺点：

RDB执行间隔时间长，两次RDB之间写入数据有丢失的风险

fork子进程、压缩、写出RDB文件都比较耗时

AOF

AOF全称为Append Only File（追加文件）。Redis处理的每一个写命令都会记录在AOF文件，可以看做是命令日志文件。

AOF默认是关闭的，需要修改redis.conf配置文件来开启AOF：

AOF的命令记录的写频率也可以通过redis.conf文件来配：

因为是记录命令，AOF文件会比RDB文件大的多。而且AOF会记录对同一个key的多次写操作，但只有最后一次写操作才有意义。通过执行bgrewriteaof命令，可以让AOF文件执行重写功能，用最少的命令达到相同的效果。

Redis也会在触发阈值时自动去重写AOF文件。阈值也可以在redis.conf中配置：

RDB和AOF各有自己的优缺点，如果对数据安全性较高，在实际开发中往往会结合两者来使用。

Redis主从

单节点Redis的并发能力是有上限的，要进一步提高Redis的并发能力，就需要搭建主从集群，实现读写分离。

Redis主从集群

1.集群结构

我们搭建的主从集群结构如图：

共包含三个节点，一个主节点，两个从节点。

这里我们会在同一台虚拟机中开启3个redis实例，模拟主从集群，信息如下：

2.准备实例和配置

要在同一台虚拟机开启3个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。

1）创建目录

我们创建三个文件夹，名字分别叫7001、7002、7003：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003
1
2
3
4

如图：

2）恢复原始配置

修改redis-6.2.4/redis.conf文件，将其中的持久化模式改为默认的RDB模式，AOF保持关闭状态。

# 开启RDB
# save ""
save 3600 1
save 300 100
save 60 10000

# 关闭AOF
appendonly no
1
2
3
4
5
6
7
8

3）拷贝配置文件到每个实例目录

然后将redis-6.2.4/redis.conf文件拷贝到三个目录中（在/tmp目录执行下列命令）：

# 方式一：逐个拷贝
cp redis-6.2.4/redis.conf 7001
cp redis-6.2.4/redis.conf 7002
cp redis-6.2.4/redis.conf 7003
# 方式二：管道组合命令，一键拷贝
echo 7001 7002 7003 | xargs -t -n 1 cp redis-6.2.4/redis.conf
1
2
3
4
5
6

4）修改每个实例的端口、工作目录

修改每个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为7001、7002、7003，将rdb文件保存位置都修改为自己所在目录（在/tmp目录执行下列命令）：

sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7001\//g' 7001/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7002\//g' 7002/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7003\//g' 7003/redis.conf
1
2
3

5）修改每个实例的声明IP

虚拟机本身有多个IP，为了避免将来混乱，我们需要在redis.conf文件中指定每一个实例的绑定ip信息，格式如下：

# redis实例的声明 IP
replica-announce-ip 192.168.72.133
1
2

每个目录都要改，我们一键完成修改（在/tmp目录执行下列命令）：

# 逐一执行
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.72.133' 7001/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.72.133' 7002/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.72.133' 7003/redis.conf

# 或者一键修改
printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.72.133' {}/redis.conf
1
2
3
4
5
6
7

3.启动

为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令：

# 第1个
redis-server 7001/redis.conf
# 第2个
redis-server 7002/redis.conf
# 第3个
redis-server 7003/redis.conf
1
2
3
4
5
6

启动后：

如果要一键停止，可以运行下面命令：

printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown
1

4.开启主从关系

现在三个实例还没有任何关系，要配置主从可以使用replicaof 或者slaveof（5.0以前）命令。

有临时和永久两种模式：

• 修改配置文件（永久生效）

• • 在redis.conf中添加一行配置：slaveof

• 使用redis-cli客户端连接到redis服务，执行slaveof命令（重启后失效）：slaveof

注意：在5.0以后新增命令replicaof，与salveof效果一致。

这里我们为了演示方便，使用方式二。

通过redis-cli命令连接7002，执行下面命令：

# 连接 7002
redis-cli -p 7002
# 执行slaveof
slaveof 192.168.72.133 7001
1
2
3
4

通过redis-cli命令连接7003，执行下面命令：

# 连接 7003
redis-cli -p 7003
# 执行slaveof
slaveof 192.168.72.133 7001
1
2
3
4

然后连接 7001节点，查看集群状态：

# 连接 7001
redis-cli -p 7001
# 查看状态
info replication
1
2
3
4

5.测试

执行下列操作以测试：

• 利用redis-cli连接7001，执行set num 123
• 利用redis-cli连接7002，执行get num，再执行set num 666
• 利用redis-cli连接7003，执行get num，再执行set num 888

可以发现，只有在7001这个master节点上可以执行写操作，7002和7003这两个slave节点只能执行读操作。

数据同步原理

主从第一次同步是全量同步：

master如何判断slave是不是第一次来同步数据？这里会用到两个很重要的概念：

• Replication Id： 简称replid，是数据集的标记，id一致则说明是同一数据集。每一个master都有唯一的replid，slave则会继承master节点的replid
• offset： 偏移量，随着记录在repl_baklog中的数据增多而逐渐增大。slave完成同步时也会记录当前同步的offset。如果slave的offset下master的offset，说明slave数据落后于master需要更新。

因此slave做数据同步，必须向master声明自己的replication id和offset，master才可以判断到底需要做哪些数据同步

可以从以下几个方面来优化Redis主从集群：

• master中配置repl-diskless-sync yes启用无磁盘复制，避免全量同步时的磁盘IO
• Redis单节点上的内存占用不要太大，减少RDB导致的过多磁盘IO
• 适当提高repl_baklog的大小，发现slave宕机时尽快实现故障恢复，尽可能避免全量同步
• 限制一个master上的slave节点数量，如果实在太多slave，则可以采用主-从-从链式结构，减少master压力

Redis哨兵

哨兵的作用

Redis提供了哨兵机制来实现主从集群的自动故障恢复。哨兵的结构和作用如下：

• 监控： Sentinel会不断检查您的master和Slave是否按预期工作
• 自动故障恢复： 如果master故障，Sentinel会将一个slave提升为master。当故障实例恢复后也以新的master为主
• 通知： Sentinel充当Redis客户端的服务发现来源，当集群发生故障转移时，会将最新信息推送给Redis的客户端

服务状态监控

Sentinel基于心跳机制监测服务状态，每隔1秒向集群的每个实例发送ping命令：

• 主观下线：如果某sentinel节点发现某实例未在规定时间响应，则认为该实例主观下线。
• 客观下线：若超过指定数量的sentinel都认为该实例主观下线，则该实例客观下线。quorum值最好超过Sentinel实例数量的一半。

选举新的master

一旦发现master故障，sentinel需要在salve中选择一个作为新的master，选择依据是这样的：

• 首先会判断slave节点与master节点断开时间长短，如果超过指定值则会排除slave节点
• 然后判断slave节点的slave-priority值，越小优先级越高，如果是0则永不参与选举
• 如果slave-prority一样，则判断slave节点的offset值，越大说明数据越新，优先级越高
• 最后是判断slave节点的运行id大小，越小优先级越高。

如何实现故障转移

当选中了其中一个slave为新的master后，故障的转移的步骤如下：

• sentinel给备选的slave1节点发送slaveof no one命令，让该节点成为master
• sentinel给所有其它slave发送slaveof 192.xxx xxx命令，让这些slave成为新的master的从节点，开始从新的master上同步数据。
• 最后sentinel将故障节点标记为slave，当故障节点恢复后会自动成为新的master的slave节点

搭建哨兵集群

1.集群结构

这里我们搭建一个三节点形成的Sentinel集群，来监管之前的Redis主从集群。如图：

三个sentinel实例信息如下：

2.准备实例和配置

要在同一台虚拟机开启3个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。

我们创建三个文件夹，名字分别叫s1、s2、s3：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir s1 s2 s3
1
2
3
4

如图：

然后我们在s1目录创建一个sentinel.conf文件，添加下面的内容：

port 27001
sentinel announce-ip 192.168.72.133
sentinel monitor mymaster 192.168.72.133 7001 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
dir "/tmp/s1"
1
2
3
4
5
6

解读：

• port 27001：是当前sentinel实例的端口

• sentinel monitor mymaster 192.168.72.133 7001 2：指定主节点信息

• • mymaster：主节点名称，自定义，任意写
  • 192.168.72.133 7001：主节点的ip和端口
  • 2：选举master时的quorum值

然后将s1/sentinel.conf文件拷贝到s2、s3两个目录中（在/tmp目录执行下列命令）：

# 方式一：逐个拷贝
cp s1/sentinel.conf s2
cp s1/sentinel.conf s3
# 方式二：管道组合命令，一键拷贝
echo s2 s3 | xargs -t -n 1 cp s1/sentinel.conf
1
2
3
4
5

修改s2、s3两个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为27002、27003：

sed -i -e 's/27001/27002/g' -e 's/s1/s2/g' s2/sentinel.conf
sed -i -e 's/27001/27003/g' -e 's/s1/s3/g' s3/sentinel.conf
1
2

3.启动

为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令：

# 第1个
redis-sentinel s1/sentinel.conf
# 第2个
redis-sentinel s2/sentinel.conf
# 第3个
redis-sentinel s3/sentinel.conf
1
2
3
4
5
6

启动后：

4.测试

尝试让master节点7001宕机，查看sentinel日志：

查看7003的日志：

查看7002的日志：

RedisTemplate的哨兵模式

引入依赖

    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
    </dependency>
1
2
3
4

配置sentinel相关信息

spring:
  redis:
    sentinel:
      master: mymaster
      nodes:
        - 192.168.72.133:27001
        - 192.168.72.133:27002
        - 192.168.72.133:27003
1
2
3
4
5
6
7
8

配置主从读写分离

@Bean
public LettuceClientConfigurationBuilderCustomizer clientConfigurationBuilderCustomizer(){
    return clientConfigurationBuilder -> clientConfigurationBuilder.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED);
}
1
2
3
4

Redis分片集群

分片集群结构

主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。但是依然有两个问题没有解决：

• 海量数据存储问题
• 高并发写问题

使用分片集群可以解决上述问题，分片集群特征：

• 集群中有多个master，每个master保存不同数据
• 每个master都可以有多个slave节点
• master之间通过ping检测彼此健康状态
• 客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会被转发到正确节点

搭建分片集群

1.集群结构

分片集群需要的节点数量较多，这里我们搭建一个最小的分片集群，包含3个master节点，每个master包含一个slave节点，结构如下：

这里我们会在同一台虚拟机中开启6个redis实例，模拟分片集群，信息如下：

2.准备实例和配置

删除之前的7001、7002、7003这几个目录，重新创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 删除旧的，避免配置干扰
rm -rf 7001 7002 7003
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003
1
2
3
4
5
6

在/tmp下准备一个新的redis.conf文件，内容如下：

port 6379
# 开启集群功能
cluster-enabled yes
# 集群的配置文件名称，不需要我们创建，由redis自己维护
cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf
# 节点心跳失败的超时时间
cluster-node-timeout 5000
# 持久化文件存放目录
dir /tmp/6379
# 绑定地址
bind 0.0.0.0
# 让redis后台运行
daemonize yes
# 注册的实例ip
replica-announce-ip 192.168.72.133
# 保护模式
protected-mode no
# 数据库数量
databases 1
# 日志
logfile /tmp/6379/run.log
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

将这个文件拷贝到每个目录下：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 执行拷贝
echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf
1
2
3
4

修改每个目录下的redis.conf，将其中的6379修改为与所在目录一致：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 修改配置文件
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t sed -i 's/6379/{}/g' {}/redis.conf
1
2
3
4

3.启动

因为已经配置了后台启动模式，所以可以直接启动服务：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 一键启动所有服务
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf
1
2
3
4

通过ps查看状态：

ps -ef | grep redis
1

发现服务都已经正常启动：

如果要关闭所有进程，可以执行命令：

ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill
1

或者（推荐这种方式）：

printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown
1

4.创建集群

虽然服务启动了，但是目前每个服务之间都是独立的，没有任何关联。

我们需要执行命令来创建集群，在Redis5.0之前创建集群比较麻烦，5.0之后集群管理命令都集成到了redis-cli中。

1）Redis5.0之前

Redis5.0之前集群命令都是用redis安装包下的src/redis-trib.rb来实现的。因为redis-trib.rb是有ruby语言编写的所以需要安装ruby环境。

# 安装依赖
yum -y install zlib ruby rubygems
gem install redis
1
2
3

然后通过命令来管理集群：

# 进入redis的src目录
cd /tmp/redis-6.2.4/src
# 创建集群
./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.150.101:7001 192.168.150.101:7002 192.168.150.101:7003 192.168.150.101:8001 192.168.150.101:8002 192.168.150.101:8003
1
2
3
4

2）Redis5.0以后

我们使用的是Redis6.2.4版本，集群管理以及集成到了redis-cli中，格式如下：

redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.72.133:7001 192.168.72.133:7002 192.168.72.133:7003 192.168.72.133:8001 192.168.72.133:8002 192.168.72.133:8003
1

命令说明：

• redis-cli --cluster或者./redis-trib.rb：代表集群操作命令
• create：代表是创建集群
• –replicas 1或者–cluster-replicas 1 ：指定集群中每个master的副本个数为1，此时节点总数 ÷ (replicas + 1) 得到的就是master的数量。因此节点列表中的前n个就是master，其它节点都是slave节点，随机分配到不同master

运行后的样子：

这里输入yes，则集群开始创建：

通过命令可以查看集群状态：

redis-cli -p 7001 cluster nodes
1

5.测试

尝试连接7001节点，存储一个数据：

# 连接
redis-cli -p 7001
# 存储数据
set num 123
# 读取数据
get num
# 再次存储
set a 1
1
2
3
4
5
6
7
8

集群操作时，需要给redis-cli加上-c参数才可以：

redis-cli -c -p 7001
1

这次可以了：

散列插槽

Redis会把每一个master节点映射到0~16383共16384个插槽上，查看集群信息就能看到：

数据key不是与节点绑定，而是与插槽绑定。redis会根据key的有效部分计算插槽值，分为两种情况：

• key中包含“{}”，且“{}”中至少包含1个字符，“{}”中的部分是有效部分
• key中不包含“{}”，整个key都是有效部分

例如：key是num，那么就根据num计算，如果是{xc}num，则根据xc计算，计算方式是利用CRC16算法得到一个hash值，然后对16384取余，得到的结果就是slot值。

集群伸缩

添加一个节点到集群

redis-cli --cluster提供了很多操作集群的命令，可以通过下面方式查看：

案例：向集群中添加一个新的master节点，并向其中存储num=10

需求：

• 启动一个新的redis实例，端口为7004
• 添加7004到之前的集群，并作为一个master节点

• 给7004节点分配插槽，使得num这个key可以存储到7004实例

故障转移

故障转移

当发生宕机，7003变成了master节点（默认7001）

当节点重启时，7001又变成了master

数据迁移

利用cluster failover命令可以手动让集群中的某个master宕机，切换到执行cluster failover命令这个slave节点，实现无感知的数据迁移。

手动的Failover支持三种不同的模式：

• 缺省：默认的流程，如图1-6
• force：省略了对offset的一致性校验
• takeover：直接执行第5步，忽略数据一致性、忽略master状态和其它master意见

RedisTemplate分片集群

RedisTemplate访问分片集群

RedisTemplate底层同样基于lettuce实现了分片集群的支持，而使用的步骤与哨兵模式基本一致：

引入依赖

配置分片集群地址

配置读写分离

spring:
  redis:
    cluster:
      nodes:
        - 192.168.72.133:7001
        - 192.168.72.133:7002
        - 192.168.72.133:7003
        - 192.168.72.133:8001
        - 192.168.72.133:8002
        - 192.168.72.133:8003
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10