你还不会搭建高可用redis架构？技术大牛最全总结让你一学就会！

题记

Redis 是一个开源的使用 ANSI C 语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value 数据库，并提供多种语言的 API。

现在，互联网业务的数据正以更快的速度在增加，数据类型愈来愈丰富，这对数据处理的速度和能力提出了更高要求。Redis 是一种开源的内存非关系型数据库，给开发人员带来的体验是颠覆性的。在自始至终的设计过程当中，都充分考虑高性能，这使得 Redis 成为当今速度最快的 NoSQL 数据库。

考虑高性能的同时，高可用也是很重要的考虑因素。互联网 7x24 无间断服务，在故障期间以最快的速度 Failover，能给企业带来最小的损失。

那么，在实际应用中，都有哪些高可用架构呢？架构之间有何优劣？咱们应该怎么取舍？有哪些最佳实践？

2、Sentinel（哨兵）原理

在讲解 Redis 高可用方案以前，咱们先来看看 Redis Sentinel 原理(https://redis.io/topics/sentinel)是怎么样的。

1. Sentinel 集群经过给定的配置文件发现 master，启动时会监控 master。经过向 master 发送 info 信息得到该服务器下面的全部从服务器。
2. Sentinel 集群经过命令链接向被监视的主从服务器发送 hello 信息 (每秒一次)，该信息包括 Sentinel 自己的 IP、端口、id 等内容，以此来向其余 Sentinel 宣告本身的存在。
3. Sentinel 集群经过订阅链接接收其余 Sentinel 发送的 hello 信息，以此来发现监视同一个主服务器的其余 Sentinel；集群之间会互相建立命令链接用于通讯，由于已经有主从服务器做为发送和接收 hello 信息的中介，Sentinel 之间不会建立订阅链接。
4. Sentinel 集群使用 ping 命令来检测实例的状态，若是在指定的时间内（down-after-milliseconds）没有回复或则返回错误的回复，那么该实例被判为下线。
5. 当 failover 主备切换被触发后，failover 并不会立刻进行，还须要 Sentinel 中的大多数 Sentinel 受权后才能够进行 failover，即进行 failover 的 Sentinel 会去得到指定 quorum 个的 Sentinel 的受权，成功后进入 ODOWN 状态。如在 5 个 Sentinel 中配置了 2 个 quorum，等到 2 个 Sentinel 认为 master 死了就执行 failover。
6. Sentinel 向选为 master 的 slave 发送 SLAVEOF NO ONE 命令，选择 slave 的条件是 Sentinel 首先会根据 slaves 的优先级来进行排序，优先级越小排名越靠前。若是优先级相同，则查看复制的下标，哪一个从 master 接收的复制数据多，哪一个就靠前。若是优先级和下标都相同，就选择进程 ID 较小的。
7. Sentinel 被受权后，它将会得到宕掉的 master 的一份最新配置版本号 (config-epoch)，当 failover 执行结束之后，这个版本号将会被用于最新的配置，经过广播形式通知其它 Sentinel，其它的 Sentinel 则更新对应 master 的配置。

1 到 3 是自动发现机制:

• 以 10 秒一次的频率，向被监视的 master 发送 info 命令，根据回复获取 master 当前信息。
• 以 1 秒一次的频率，向全部 redis 服务器、包含 Sentinel 在内发送 PING 命令，经过回复判断服务器是否在线。
• 以 2 秒一次的频率，经过向全部被监视的 master，slave 服务器发送当前 Sentinel master 信息的消息。

4 是检测机制，5 和 6 是 failover 机制，7 是更新配置机制。[1]

Redis 高可用架构

讲解完 Redis Sentinel 原理以后，接下来说解经常使用的 Redis 高可用架构。

• Redis Sentinel 集群 + 内网 DNS + 自定义脚本
• Redis Sentinel 集群 + VIP + 自定义脚本
• 封装客户端直连 Redis Sentinel 端口
• JedisSentinelPool，适合 Java
• PHP 基于 phpredis 自行封装
• Redis Sentinel 集群 + Keepalived/Haproxy
• Redis M/S + Keepalived
• Redis Cluster
• Twemproxy
• Codis

接下来配合图文逐个讲解。

一、Redis Sentinel 集群 + 内网 DNS + 自定义脚本

Redis Sentinel 集群 + 内网 DNS + 自定义脚本

上图是已经在线上环境应用的方案。底层是 Redis Sentinel 集群，代理着 Redis 主从，Web 端链接内网 DNS 提供服务。内网 DNS 按照必定的规则分配，好比 xxxx.redis.cache/queue.port.xxx.xxx，第一个段表示业务简写，第二个段表示这是 Redis 内网域名，第三个段表示 Redis 类型，cache 表示缓存，queue 表示队列，第四个段表示 Redis 端口，第5、第六个段表示内网主域名。

当主节点发生故障，好比机器故障、Redis 节点故障或者网络不可达，Sentinel 集群会调用 client-reconfig-script 配置的脚本，修改对应端口的内网域名。对应端口的内网域名指向新的 Redis 主节点。

优势：

秒级切换，在 10s 内完成整个切换操做

脚本自定义，架构可控

对应用透明，前端不用担忧后端发生什么变化

缺点：

维护成本略高，Redis Sentinel 集群建议投入 3 台机器以上

依赖 DNS，存在解析延时

Sentinel 模式存在短期的服务不可用

服务经过外网访问不可采用此方案

二、Redis Sentinel 集群 + VIP + 自定义脚本

Redis Sentinel 集群 + VIP + 自定义脚本

此方案和上一个方案相比，略有不一样。第一个方案使用了内网 DNS，第二个方案把内网 DNS 换成了虚拟 IP。底层是 Redis Sentinel 集群，代理着 Redis 主从，Web 端经过 VIP 提供服务。在部署 Redis 主从的时候，须要将虚拟 IP 绑定到当前的 Redis 主节点。当主节点发生故障，好比机器故障、Redis 节点故障或者网络不可达，Sentinel 集群会调用 client-reconfig-script 配置的脚本，将 VIP 漂移到新的主节点上。

优势：

• 秒级切换，在 5s 内完成整个切换操做
• 脚本自定义，架构可控
• 对应用透明，前端不用担忧后端发生什么变化

缺点：

• 维护成本略高，Redis Sentinel 集群建议投入 3 台机器以上
• 使用 VIP 增长维护成本，存在 IP 混乱风险
• Sentinel 模式存在短期的服务不可用
• 3.3 封装客户端直连 Redis Sentinel 端口

三、封装客户端直连 Redis Sentinel 端口

部分业务只能经过外网访问 Redis，上述两种方案均不可用，因而衍生出了这种方案。Web 使用客户端链接其中一台 Redis Sentinel 集群中的一台机器的某个端口，而后经过这个端口获取到当前的主节点，而后再链接到真实的 Redis 主节点进行相应的业务员操做。须要注意的是，Redis Sentinel 端口和 Redis 主节点均须要开放访问权限。若是前端业务使用 Java，有 JedisSentinelPool 能够复用；若是前端业务使用 PHP，能够在 phpredis 的基础上作二次封装。

优势：

• 服务探测故障及时
• DBA 维护成本低

缺点：

• 依赖客户端支持 Sentinel
• Sentinel 服务器和 Redis 节点须要开放访问权限
• 对应用有侵入性

四、Redis Sentinel 集群 + Keepalived/Haproxy

Redis Sentinel 集群 + Keepalived/Haproxy

底层是 Redis Sentinel 集群，代理着 Redis 主从，Web 端经过 VIP 提供服务。当主节点发生故障，好比机器故障、Redis 节点故障或者网络不可达，Redis 之间的切换经过 Redis Sentinel 内部机制保障，VIP 切换经过 Keepalived 保障。

优势：

• 秒级切换
• 对应用透明

缺点：

• 维护成本高
• 存在脑裂
• Sentinel 模式存在短期的服务不可用

五、Redis M/S + Keepalived

Redis M/S + Keepalived

此方案没有使用到 Redis Sentinel。此方案使用了原生的主从和 Keepalived，VIP 切换经过 Keepalived 保障，Redis 主从之间的切换须要自定义脚本实现。

优势：

• 秒级切换
• 对应用透明
• 部署简单，维护成本低

缺点：

• 须要脚本实现切换功能
• 存在脑裂

六、Redis Cluster

Redis Cluster

From: http://intro2libsys.com/focused-redis-topics/day-one/intro-redis-cluster

Redis 3.0.0 在 2015 年 4 月 2 日正式发布，距今已有两年多的时间。Redis 集群采用 P2P 模式，无中心化。把 key 分红 16384 个 slot，每一个实例负责一部分 slot。客户端请求对应的数据，若该实例 slot 没有对应的数据，该实例会转发给对应的实例。另外，Redis 集群经过 Gossip 协议同步节点信息。

优势：

• 组件 all-in-box，部署简单，节约机器资源
• 性能比 proxy 模式好
• 自动故障转移、Slot 迁移中数据可用
• 官方原生集群方案，更新与支持有保障

缺点：

• 架构比较新，最佳实践较少
• 多键操做支持有限（驱动能够曲线救国）
• 为了性能提高，客户端须要缓存路由表信息
• 节点发现、reshard 操做不够自动化

七、Twemproxy

Twemproxy

From: http://engineering.bloomreach.com/the-evolution-of-fault-tolerant-redis-cluster

多个同构 Twemproxy（配置相同）同时工做，接受客户端的请求，根据 hash 算法，转发给对应的 Redis。

Twemproxy 方案比较成熟了，以前咱们团队长期使用此方案，可是效果并非很理想。一方面是定位问题比较困难，另外一方面是它对自动剔除节点的支持不是很友好。

优势：

• 开发简单，对应用几乎透明
• 历史悠久，方案成熟

缺点：

• 代理影响性能
• LVS 和 Twemproxy 会有节点性能瓶颈
• Redis 扩容很是麻烦
• Twitter 内部已放弃使用该方案，新使用的架构未开源

八、Codis

Codis

From: https://github.com/CodisLabs/codis

Codis 是由豌豆荚开源的产品，涉及组件众多，其中 ZooKeeper 存放路由表和代理节点元数据、分发 Codis-Config 的命令；Codis-Config 是集成管理工具，有 Web 界面供使用；Codis-Proxy 是一个兼容 Redis 协议的无状态代理；Codis-Redis 基于 Redis 2.8 版本二次开发，加入 slot 支持，方便迁移数据。

优势：

• 开发简单，对应用几乎透明
• 性能比 Twemproxy 好
• 有图形化界面，扩容容易，运维方便

缺点：

• 代理依旧影响性能
• 组件过多，须要不少机器资源
• 修改了 Redis 代码，致使和官方没法同步，新特性跟进缓慢
• 开发团队准备主推基于 Redis 改造的 reborndb

4、最佳实践

所谓的最佳实践，都是最适合具体场景的实践。

主推如下方案：

• Redis Sentinel 集群 + 内网 DNS + 自定义脚本
• Redis Sentinel 集群 + VIP + 自定义脚本

如下是实战过程当中总结出的最佳实践：

• Redis Sentinel 集群建议使用 >= 5 台机器
• 不一样的大业务可使用一套 Redis Sentinel 集群，代理该业务下的全部端口
• 根据不一样的业务划分好 Redis 端口范围
• 自定义脚本建议采用 Python 实现，扩展便利
• 自定义脚本须要注意判断当前的 Sentinel 角色
• 自定义脚本传入参数：<service_name> <role> <comment> <from_ip> <from_port> <to_ip> <to_port>
• 自定义脚本须要远程 ssh 操做机器，建议使用 paramiko 库，避免重复创建 SSH 链接，消耗时间
• 加速 SSH 链接，建议关闭如下两个参数
• UseDNS no
• GSSAPIAuthentication no
• 微信或者邮件告警，建议 fork 一个进程，避免主进程阻塞
• 自动切换和故障切换，全部操做建议在 15s 之内完成