谈谈Redis的集群

1. 前言

       在谈谈redis的哨兵机制这篇文中，我们知道Redis是使用哨兵机制来监控各个节点之间的状态。但是，在分布式的环境下，哨兵机制就不能很好地监控各个节点之前的状态。为了解决这个问题，Redis在3.0的版本推出了Redis Cluster，即redis集群。本篇就谈谈redis集群，主要介绍常用的几种Redis集群方案。

 

2. Redis集群方案

       Redis Cluster集群模式通常具有高可用、可扩展性、分布式、容错等特性。Redis分布式方案一般有三种：客户端分区方案、代理分区方案、查询路由方案。

 

2.1 客户端分区方案

       这种方案顾名思义，客户端就已经决定数据会被存储到哪个redis节点或者从哪个redis节点读取数据。其主要思想是采用哈希算法将Redis数据的key进行散列，通过hash函数，特定的key会映射到特定的Redis节点上。通过一个简单的示例图描述下这种方案，如下所示：

 

       客户端分区方案的代表为Redis-Sharding，Redis-Sharding是Redis Cluster出来之前，业界普遍使用的Redis多实例集群方法。Java的Redis客户端驱动库Jedis，支持Redis-Sharding功能，即ShardedJedis以及结合缓存池的ShardedJedisPool。客户端分区方案有其自身的优点及缺点，如下表所示：

优点	不使用第三方中间件，分区逻辑可控，配置简单，节点之间无关联，容易线性扩展，灵活性强。
缺点	客户端无法动态增删服务节点，客户端需要自行维护分发逻辑，客户端之间无连接共享，会造成连接浪费。

 

2.2 代理分区方案

       这种方案具体的做法是这样：客户端发送请求到一个代理组件（Proxy），代理解析客户端的数据，并将请求转发至正确的节点，最后将结果回复给客户端。如下图所示：

 

这种方案的优缺点如下表所示：

优点	简化客户端的分布式逻辑，客户端透明接入，切换成本低，代理的转发和存储分离。
缺点	多了一层代理层，加重了架构部署复杂度和性能损耗。

 

      代理分区主流实现的有方案有Twemproxy和Codis。下面分别简单介绍下这两种方案：

2.2.1 Twemproxy

      Twemproxy也叫nutcraker，是twitter开源的一个redis和memcache的中间代理服务器程序。Twemproxy作为代理，可接受来自多个程序的访问，按照路由规则，转发给后台的各个Redis服务器，再原路返回。Twemproxy存在单点故障问题，需要结合Lvs和Keepalived做高可用方案。

如下图所示：

 

客观地分析下Twemproxy这种方案，优势和不足如下表所示：

优点	应用范围广，稳定性较高，中间代理层高可用。
缺点	无法平滑地水平扩容/缩容，无可视化管理界面，运维不友好，出现故障，不能自动转移。

2.2.2 Codis

      Codis是一个分布式Redis解决方案，对于上层应用来说，连接Codis-Proxy和直接连接原生的Redis-Server没有的区别。Codis底层会处理请求的转发，不停机的进行数据迁移等工作。Codis采用了无状态的代理层，对于客户端来说，一切都是透明的。虽然文字描述Codis不那么复杂，但其实具体的实现还是蛮复杂的，如下图所示：

 

这种方案的优势和劣势，如下表所示：

优点	实现了上层Proxy和底层Redis的高可用，数据分片和自动平衡，提供命令行接口和RESTful API，提供监控和管理界面，可以动态添加和删除Redis节点。
缺点	部署架构和配置复杂，不支持跨机房和多租户，不支持鉴权管理。

 

2.3 查询路由方案

       这种方案怎么理解呢？简单地说，客户端随机地请求任意一个Redis实例，然后由Redis将请求转发给正确的Redis节点。Redis Cluster实现了一种混合形式的查询路由，但并不是直接将请求从一个Redis节点转发到另一个Redis节点，而是在客户端的帮助下直接重定向（redirected）到正确的Redis节点。具体方案如下图所示：

 

这种方案的优缺点，如下表所示：

优点	无中心节点，数据按照槽存储分布在多个Redis实例上，可以平滑的进行节点扩容/缩容，支持高可用和自动故障转移，运维成本低。
缺点	严重依赖Redis-trib工具，缺乏监控管理，需要依赖Smart Client(维护连接，缓存路由表，MultiOp 和 Pipeline 支持)。Failover节点的检测过慢，不如中心节点ZooKeeper及时。Gossip消息具有一定开销。无法根据统计区分冷热数据。

 

3. 总结

        上面三种关于Redis集群的方案，都是小弟平时在学习和积累的时候总结的。如果有小伙伴有更多的关于Redis集群的方案，烦请告知。