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一、前言
Amazon ElastiCache 是一种 Web 服务,可让用户在云中轻松设置、管理和扩展分布式内存数据存储或缓存环境。它可以提供高性能、可扩展且具有成本效益的缓存解决方案。同时,它可以帮助消除与部署和管理分布式缓存环境相关的复杂性。
Amaozn ElastiCache for Redis 集群是一个或多个缓存节点的集合,其中所有节点都运行 Redis 缓存引擎软件的实例。ElastiCache for Redis 启用集群模式比之禁用集群模式拥有更好的可扩展性,尤其是写入可扩展性,更强的高可用性以及更高的资源上限,因而现在越来越多的客户选择 ElastiCache for Redis 启用集群模式。要使用 ElastiCache for Redis 集群(启用集群模式),您需要使用可以支持 Redis 集群模式的客户端。
当您使用 Go 程序连接 ElastiCache 集群时,目前目前主流的 SDK 是 Go-Redis 项目,本篇 Blog 将为您介绍如何使用 Go-Redis 连接和使用 ElastiCache for Redis 集群。
除此以外,我们还推出了一系列博客,展示了如何在不同语言中,使用不同的支持 ElastiCache 集群模式的客户端对 ElastiCache 集群进行连接和操作,欢迎大家阅读。
二、Go-Redis 测试环境搭建
Go-Redis 是目前排名最高的 Go 语言版本的 Redis client,支持连接哨兵和集群模式的 Redis,并且提供了高级的 API 封装,区别于另一个比较常用的 Go 语言 Redis client 库:Redigo,在服务集成过程中提供更多的功能支持,并且保障 Redis 数据类型安全支持。可以参考 Go-Redis 和 Redigo 对比 去了解更多的差异。
Go-Redis:
https://redis.uptrace.dev/
Go-Redis 和 Redigo 对比:
https://redis.uptrace.dev/guide/Go-Redis-vs-redigo.html
▌ElastiCache for Redis 集群搭建
在亚马逊云科技上搭建 ElastiCache for Redis 集群,可以参考本篇的系列 Blog,条条大路通罗马 —— 使用 Redisson 连接 Amazon ElastiCache for Redis 集群 的2.1章节,这里就不再赘述。(Redis Cluster,打开 Auth+TLS 模式)。
条条大路通罗马 —— 使用 Redisson 连接 Amazon ElastiCache for Redis 集群:
https://aws.amazon.com/cn/blogs/china/connecting-amazon-elasticache-for-redis-cluster-using-redisson/
▌构建 Golang SDK 测试代码工程的目录结构
- [ec2-user src]$ tree test-redis-sdk/
- test-redis-sdk/
- |-- cmd
- | `-- test-redis
- | `-- redis_test.go
- |-- go.mod
- `-- go.sum
使用 Go-Redis 最新的版本分支 v8 版本 ,下图总结了初始化 cluster client 常用参数,PoolSize 和 MinIdleConns 控制请求的连接池。Go-Redis 支持 TLS 连接,本示例主要演示打开 TLS+Password 的 ElastiCache for Redis 集群如何接入,如下图所示,参数 Password 已设置,参数 TLSConfig 控制 TLS 开关已打开。如果您连接的 ElastiCache for Redis 集群没有开启 TLS 接入,只需要把 Password 参数置为空字符串,去除 TLSConfig 配置即可(TLSConfig 默认关闭)。
▌使用 Go-Redis SDK 初始化 cluster client,包括读请求的测试逻辑(源代码)
- [ec2-user test-redis]$ cat redis_test.go
- package main
- import (
- "context"
- "crypto/tls"
- "fmt"
- goredis "github.com/Go-Redis/redis/v8"
- "strconv"
- "sync"
- "testing"
- "time"
- )
- func TestGoRedisCluster(t *testing.T) {
- var ctx = context.Background()
- rdb := goredis.NewClusterClient(&goredis.ClusterOptions{
- Addrs: []string{"cluster-configuration-endpoint:6379"},
- Password: "password", //密码
- //连接池容量及闲置连接数量
- PoolSize: 10, // 连接池最大socket连接数,默认为4倍CPU数, 4 * runtime.NumCPU
- MinIdleConns: 10, //在启动阶段创建指定数量的Idle连接,并长期维持idle状态的连接数不少于指定数量;。
- //超时
- DialTimeout: 5 * time.Second, //连接建立超时时间,默认5秒。
- ReadTimeout: 3 * time.Second, //读超时,默认3秒, -1表示取消读超时
- WriteTimeout: 3 * time.Second, //写超时,默认等于读超时
- PoolTimeout: 4 * time.Second, //当所有连接都处在繁忙状态时,客户端等待可用连接的最大等待时长,默认为读超时+1秒。
- //闲置连接检查包括IdleTimeout,MaxConnAge
- IdleCheckFrequency: 60 * time.Second, //闲置连接检查的周期,默认为1分钟,-1表示不做周期性检查,只在客户端获取连接时对闲置连接进行处理。
- IdleTimeout: 5 * time.Minute, //闲置超时,默认5分钟,-1表示取消闲置超时检查
- MaxConnAge: 0 * time.Second, //连接存活时长,从创建开始计时,超过指定时长则关闭连接,默认为0,即不关闭存活时长较长的连接
- //命令执行失败时的重试策略
- MaxRetries: 10, // 命令执行失败时,最多重试多少次,默认为0即不重试
- MinRetryBackoff: 8 * time.Millisecond, //每次计算重试间隔时间的下限,默认8毫秒,-1表示取消间隔
- MaxRetryBackoff: 512 * time.Millisecond, //每次计算重试间隔时间的上限,默认512毫秒,-1表示取消间隔
- TLSConfig: &tls.Config{
- InsecureSkipVerify: true,
- },
- // ReadOnly = true,只择 Slave Node
- // ReadOnly = true 且 RouteByLatency = true 将从 slot 对应的 Master Node 和 Slave Node, 择策略为: 选择PING延迟最低的点
- // ReadOnly = true 且 RouteRandomly = true 将从 slot 对应的 Master Node 和 Slave Node 选择,选择策略为: 随机选择
- ReadOnly: true,
- RouteRandomly: true,
- RouteByLatency: true,
- })
- defer rdb.Close()
- rdb.Set(ctx, "test-0", "value-0", 0)
- rdb.Set(ctx, "test-1", "value-1", 0)
- rdb.Set(ctx, "test-2", "value-2", 0)
- AllMaxRun := 6
- wg := sync.WaitGroup{}
- wg.Add(AllMaxRun)
- for i := 0; i < AllMaxRun; i ++ {
- go func(wg *sync.WaitGroup, idx int) {
- defer wg.Done()
- for i := 0; i < 50000; i++ {
- key := "test-" + strconv.Itoa(i % 3)
- val, err := rdb.Get(ctx, key).Result()
- if err == goredis.Nil {
- fmt.Println("job-" + strconv.Itoa(idx) + " " + key + " does not exist")
- } else if err != nil {
- fmt.Printf("err : %s", err.Error())
- } else {
- fmt.Printf("%s Job-%d %s = %s-%d \n", time.Now().Format("2006-01-02 15:04:05"), idx, key, val, i)
- }
- time.Sleep(500 * time.Millisecond)
- }
- }(&wg, i)
- }
- wg.Wait()
- stats := rdb.PoolStats()
- fmt.Printf("Hits=%d Misses=%d Timeouts=%d TotalConns=%d IdleConns=%d StaleConns=%d\n",
- stats.Hits, stats.Misses, stats.Timeouts, stats.TotalConns, stats.IdleConns, stats.StaleConns)
- }
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三、Go-Redis 读写分离控制测试
Redis cluster 是有 Master 和 Slave 节点,Go-Redis 支持对 Slave 节点的访问,通过配置 ReadOnly 参数,控制 Master 和 Slave 节点的读写管理。下面我们通过不同的配置去做测试验证。
▌ReadOnly 配置规则说明
- // 默认false,即只能在主节点上执行读写操作,如果置为true则允许在从节点上执行只含读操作的命令
- ReadOnly: false,
- // 默认false。 置为true则ReadOnly自动置为true,表示在处理只读命令时,可以在一个slot对应的主节点和所有从节点中选取Ping()的响应时长最短的一个节点来读数据
- RouteByLatency: false,
- // 默认false。置为true则ReadOnly自动置为true,表示在处理只读命令时,可以在一个slot对应的主节点和所有从节点中随机挑选一个节点来读数据
- RouteRandomly: false,
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▌关闭 ReadOnly 配置测试
修改测试代码,关闭 ReadOnly 配置(三个 ReadOnly 参数配置都置为 false),观察监控仍然是维持10个 conn,但是按照配置说明,服务不会从读节点读取数据。
- [ec2-user ~]$ netstat -a | grep 6379 | grep ESTABLISHED | awk '{print $5}' | sort | uniq -c | sort -rn
- 10 ip-172-31-18-215.a:6379
- 10 ip-172-31-46-118.a:6379
- 10 ip-172-31-34-217.a:6379
- 10 ip-172-31-31-193.a:6379
- 10 ip-172-31-15-157.a:6379
- 10 ip-172-31-10-163.a:6379
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观察对应的连接数,连接数仍然保持在10个。
调整测试代码,增大查询压力,观察 GetTypeCmds 监控指标,可以看到只有 master 节点上是所有的读请求,判断所有的读压力都是分布在所有的 master 节点上。
▌打开 ReadOnly 配置测试
修改测试代码,打开 ReadOnly 配置(或者 RouteByLatency 和 RouteRandomly 任意一个),观察监控仍然是维持10个 conn,但是按照配置说明,服务是会从读节点读取数据,可以判断 Go-Redis 默认和所有的 Master/Slave 节点都有长连接。
- [ec2-user ~]$ netstat -a | grep 6379 | grep ESTABLISHED | awk '{print $5}' | sort | uniq -c | sort -rn
- 10 ip-172-31-18-215.a:6379
- 10 ip-172-31-46-118.a:6379
- 10 ip-172-31-34-217.a:6379
- 10 ip-172-31-31-193.a:6379
- 10 ip-172-31-15-157.a:6379
- 10 ip-172-31-10-163.a:6379
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参考 CloudWatch Metrics 观察对应的连接数,连接数仍然保持,没有变化,和客户端连接数统计一致。
如果 ReadOnly 打开,在适当压力情况下,观察 GetTypeCmds 监控,可以看到 Master 和 Slave 节点都均匀分布读请求,可以判断读的压力是均匀分配到 Master+Slave 节点上。
四、多值查询测试
▌Go-Redis 可以支持在 Redis 非集群和集群模式下 Pipeline 命令正确执行,以下给出 Pipeline 的代码示例:
- func TestRedisClusterPipline(t *testing.T) {
- var ctx = context.Background()
- rdb := goredis.NewClusterClient(&goredis.ClusterOptions{
- Addrs: []string{"cluster-configuration-endpoint:6379"},
- Password: "password", //密码
- //连接池容量及闲置连接数量
- PoolSize: 10, // 连接池最大socket连接数,默认为4倍CPU数, 4 * runtime.NumCPU
- MinIdleConns: 10, //在启动阶段创建指定数量的Idle连接,并长期维持idle状态的连接数不少于指定数量;。
- //超时
- DialTimeout: 5 * time.Second, //连接建立超时时间,默认5秒。
- ReadTimeout: 3 * time.Second, //读超时,默认3秒, -1表示取消读超时
- WriteTimeout: 3 * time.Second, //写超时,默认等于读超时
- PoolTimeout: 4 * time.Second, //当所有连接都处在繁忙状态时,客户端等待可用连接的最大等待时长,默认为读超时+1秒。
- //闲置连接检查包括IdleTimeout,MaxConnAge
- IdleCheckFrequency: 60 * time.Second, //闲置连接检查的周期,默认为1分钟,-1表示不做周期性检查,只在客户端获取连接时对闲置连接进行处理。
- IdleTimeout: 5 * time.Minute, //闲置超时,默认5分钟,-1表示取消闲置超时检查
- MaxConnAge: 0 * time.Second, //连接存活时长,从创建开始计时,超过指定时长则关闭连接,默认为0,即不关闭存活时长较长的连接
- //命令执行失败时的重试策略
- MaxRetries: 10, // 命令执行失败时,最多重试多少次,默认为0即不重试
- MinRetryBackoff: 8 * time.Millisecond, //每次计算重试间隔时间的下限,默认8毫秒,-1表示取消间隔
- MaxRetryBackoff: 512 * time.Millisecond, //每次计算重试间隔时间的上限,默认512毫秒,-1表示取消间隔
- TLSConfig: &tls.Config{
- InsecureSkipVerify: true,
- },
- ReadOnly: true,
- })
- rdb.Set(ctx, "test-0", "value-0", 0)
- rdb.Set(ctx, "test-1", "value-1", 0)
- rdb.Set(ctx, "test-2", "value-2", 0)
- pipe := rdb.Pipeline()
- pipe.Get(ctx, "test-0").Result()
- pipe.Get(ctx, "test-1").Result()
- pipe.Get(ctx, "test-2").Result()
- cmders, err := pipe.Exec(ctx)
- if err != nil {
- fmt.Println("err", err)
- }
- for idx, cmder := range cmders {
- cmd := cmder.(*goredis.StringCmd)
- strVal, err := cmd.Result()
- if err != nil {
- fmt.Println("err", err)
- }
- fmt.Println("strVal_" + strconv.Itoa(idx) + ":", strVal)
- }
- }
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▌Go-Redis 不支持 Redis 集群模式下,对不在一个 Shard 的多个 Key 执行 MGet / MSet 操作,如果有类似的使用场景,建议使用 Redis-Go-Cluster 开源项目,源码链接:Redis-Go-Cluster,以下为相应的代码示例。
- func TestRedisClusterMGetMSet(t *testing.T) {
- cluster, err := rediscluster.NewCluster(
- &rediscluster.Options{
- StartNodes: []string{"cluster-configuration-endpoint:6379"},
- ConnTimeout: 100 * time.Millisecond,
- ReadTimeout: 100 * time.Millisecond,
- WriteTimeout: 100 * time.Millisecond,
- KeepAlive: 16,
- AliveTime: 60 * time.Second,
- })
- if err != nil {
- fmt.Println(err.Error())
- return
- }
- _, err = cluster.Do("MSET", "test-0", "value-0", "test-1", "value-1", "test-2", "value-2")
- if err != nil {
- fmt.Println("MSET" + err.Error())
- return
- }
- replys, err := rediscluster.Values(cluster.Do("MGET", "test-0", "test-1", "test-2"))
- if err != nil {
- fmt.Println("MGET" + err.Error())
- return
- }
- for i := 0; i < 3; i++ {
- fmt.Println(rediscluster.String(replys[i], nil))
- }
- }
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五、Failover 测试
▌执行 go test 做测试,持续的做读请求
- [ec2-user test-redis]$ go test -v redis_test.go -run TestGoRedisCluster -timeout 100m
- === RUN TestGoRedisCluster
- 2022-04-18 12:27:37 Job-4 test-0 = value-0-0
- 2022-04-18 12:27:37 Job-1 test-0 = value-0-0
- 2022-04-18 12:27:37 Job-0 test-0 = value-0-0
- 2022-04-18 12:27:37 Job-5 test-0 = value-0-0
- 2022-04-18 12:27:37 Job-2 test-0 = value-0-0
- 2022-04-18 12:27:37 Job-3 test-0 = value-0-0
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在 Idle 和 PoolSize 相等的配置下,可以观察到 Redis 客户端服务和 Master 和 Slave 都是建立10个连接。
- [ec2-user ~]$ netstat -a | grep 6379 | grep ESTABLISHED | awk '{print $5}' | sort | uniq -c | sort -rn
- 10 ip-172-31-18-215.a:6379
- 10 ip-172-31-46-118.a:6379
- 10 ip-172-31-34-217.a:6379
- 10 ip-172-31-31-193.a:6379
- 10 ip-172-31-15-157.a:6379
- 10 ip-172-31-10-163.a:6379
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在go test 开始之前,cluster 的 avg 连接数。
在 go test 执行开始,3个 master 和3个 slave 都新增了10个 conn。
▌测试对 redis cluster 的第一个 shard 做主动的 failover
▌在命令行输出观察到压测代码发生中断
▌在 ElastiCache Dashboard Events 观察 Failover 过程
可以观察到 8:54:13 PM~8:54:36 PM UTC+8 经过 23s 完成 Failover,测试代码的时间戳是12:54:16 ~ 12:54:26 UTC,实际服务中断只有 10s 时间。
在 12:53 UTC 时刻,连接正常。
在 12:54 UTC 时刻,故障节点断开连接。
在 13:00 UTC 时刻,故障节点开始恢复连接,但是所有服务请求未受到影响。
在 13:02 UTC 时刻,所有连接完全恢复。
▌在 ReadOnly = False 时,做 Failover 时
- 2022-04-18 15:04:27 Job-5 test-1 = value-1-601
- 2022-04-18 15:04:27 Job-0 test-1 = value-1-601
- 2022-04-18 15:04:27 Job-1 test-1 = value-1-601
- err : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeouterr : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeouterr : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeouterr : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeouterr : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeout2022-04-18 15:04:38 Job-3 test-0 = value-0-603
- 2022-04-18 15:04:38 Job-5 test-0 = value-0-603
- 2022-04-18 15:04:39 Job-0 test-0 = value-0-603
- err : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeout2022-04-18 15:04:39 Job-2 test-0 = value-0-603
- 2022-04-18 15:04:39 Job-4 test-0 = value-0-603
- 2022-04-18 15:04:39 Job-3 test-1 = value-1-604
- 2022-04-18 15:04:39 Job-5 test-1 = value-1-604
- 2022-04-18 15:04:40 Job-0 test-1 = value-1-604
- 2022-04-18 15:04:40 Job-1 test-0 = value-0-603
- 2022-04-18 15:04:40 Job-2 test-1 = value-1-604
- 2022-04-18 15:04:40 Job-4 test-1 = value-1-604
- 2022-04-18 15:04:41 Job-1 test-1 = value-1-604
- err : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeouterr : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeout2022-04-18 15:04:50 Job-3 test-0 = value-0-606
- err : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeout2022-04-18 15:04:50 Job-2 test-0 = value-0-606
- err : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeouterr : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeouterr : dial tcp 172.31.31.193:6379: i/o timeout2022-04-18 15:04:51 Job-3 test-1 = value-1-607
- 2022-04-18 15:04:51 Job-5 test-0 = value-0-606
- 2022-04-18 15:04:51 Job-2 test-1 = value-1-607
- 2022-04-18 15:04:52 Job-1 test-0 = value-0-606
- 2022-04-18 15:04:52 Job-4 test-0 = value-0-606
- 2022-04-18 15:04:52 Job-0 test-0 = value-0-606
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Failover 时,中断时间。
可以观察到 11:04:28 PM~11:05:03 PM UTC+8 经过 35s 完成 Failover,测试代码的时间戳是 15:04:27 ~ 15:04:51 UTC,实际服务中断为 24s 时间。
在 15:03 UTC 连接正常。
在 15:04 UTC Failover 开始断开一个节点。
在 15:11 UTC 开始恢复一个节点。
在 15:13 UTC 完全恢复。
六、小结
本博客为大家展示了如何在 Golang 程序中通过 Go-Redis 连接和操作 ElastiCache 集群,从这个简单的 Demo 中我们可以看到 Go-Redis 能很好地支持 ElastiCache 集群开启 TLS 及 Auth 的功能,并自动完成读写分离,负载均衡,Failover 等工作。在第5小节的 Failover 的测试中观察到打开 ReadOnly 可以加速故障恢复,建议实际使用基于 ReadOnly 更好的提升服务读写 Redis Cluster 的性能。通过 Go-Redis,我们可以便捷,高效地使用 ElastiCache 集群。
除了本博客以外,我们还推出了一系列博客,展示了如何在不同语言中使用不同的客户端对 ElastiCache 集群进行连接和操作,欢迎大家阅读。
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条条大路通罗马 —— 使用 redisson 连接 Amazon ElastiCache for Redis 集群:
https://aws.amazon.com/cn/blogs/china/connecting-amazon-elasticache-for-redis-cluster-using-redisson/
条条大路通罗马 —— 使用 redis-py 访问 Amazon ElastiCache for Redis 集群:
https://aws.amazon.com/cn/blogs/china/use-redis-py-to-access-amazon-elasticache-for-redis-cluster/
条条大路通罗马系列- 使用 Hiredis-cluster 连接 Amazon ElastiCache for Redis 集群:
https://aws.amazon.com/cn/blogs/china/all-roads-to-rome-series-connect-amazon-elasticache-for-redis-cluster-with-hiredis-cluster/
本篇作者
唐健
亚马逊云科技解决方案架构师,负责基于 Amazon 的云计算方案的架构设计,同时致力于 Amazon 云服务在移动应用与互联网行业的应用和推广。拥有多年移动互联网研发及技术团队管理经验,丰富的互联网应用架构项目经历。
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