RedisCluster读写分离改造

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redis

redis cluster 读写分离

RedisCluster模式启动的环境中，通过Redis中的每个连接，都可以访问 cluster nodes 访问到所有的服务器列表以及其所处于的角色(master/slave)。对于RedisCluster来说，在实际运行时，只会访问到其中的master节点，slave既不能用于write操作，也不能进行read。

原有JedisCluster

JedisCluster的UML图结果如上图所示，在每次执行JedisCluster相关操作时，都需要通过JedisClusterCommand提供connection来进行，该connection需要根据key来计算出对应的slot，以便可以进行后续redis相关操作。

return new JedisClusterCommand<String>(connectionHandler, maxRedirections) {
  @Override
  public String execute(Jedis connection) {
    return connection.get(key);
  }
}.run(key);

在JedisClusterCommand.run方法中，会根据slot计算出对应的connection。

为了尽量减少对原有代码的侵入性，我们需要定义线程上下文(ThreadLocal)级别的变量，其中内置了访问的粒度（READ/WRITE），以便访问的为master还是slave Redis数据源。

改进的ZhenJedisCluster

根据jedis连接来获得Cluster结构：

private Map<String, ClusterNodeObject> getClusterNodes(Jedis jedis) {
    Map<String, ClusterNodeObject> hpToNodeObjectMap = new HashMap<>();
 
    String clusterNodesCommand = jedis.clusterNodes();
 
    String[] allNodes = clusterNodesCommand.split("\n");
    for (String allNode : allNodes) {
        String[] splits = allNode.split(" ");
 
        String hostAndPort = splits[1];
        ClusterNodeObject clusterNodeObject =
                new ClusterNodeObject(splits[0], splits[1], splits[2].contains("master"), splits[3],
                        Long.parseLong(splits[4]), Long.parseLong(splits[5]), splits[6],
                        splits[7].equalsIgnoreCase("connected"), splits.length == 9 ? splits[8] : null);
 
        hpToNodeObjectMap.put(hostAndPort, clusterNodeObject);
    }
    return hpToNodeObjectMap;
}

将其整理成可用结构，分出master节点，以及slave节点对应的master节点，区分读写：

Map<String, ZhenJedisPool> masterNodes = new HashMap<>();
for (ClusterNodeObject clusterNodeObject : clusterNodeObjects) {
    String ipPort = clusterNodeObject.getIpPort();
    String[] ipPortSplits = ipPort.split(":");
    HostAndPort hostAndPort = new HostAndPort(ipPortSplits[0], Integer.parseInt(ipPortSplits[1]));
    setNodeIfNotExist(hostAndPort);
    if (clusterNodeObject.isMaster()) {
        ZhenJedisPool zhenJedisPool = new ZhenJedisPool();
        zhenJedisPool.setWritePool(nodes.get(ipPort));
        masterNodes.put(clusterNodeObject.getNodeId(), zhenJedisPool);
 
        String[] slotSplits = clusterNodeObject.getSlot().split("-");
        for (int i = Integer.parseInt(slotSplits[0]); i <= Integer.parseInt(slotSplits[1]); i++) {
            this.slots.put(i, zhenJedisPool);
        }
    }
}
 
for (ClusterNodeObject clusterNodeObject : clusterNodeObjects) {
    if (!clusterNodeObject.isMaster()) {
        String masterNodeId = clusterNodeObject.getMasterNodeId();
 
        ZhenJedisPool zhenJedisPool = masterNodes.get(masterNodeId);
        zhenJedisPool.getReadPools().add(nodes.get(clusterNodeObject.getIpPort()));
    }
}

改进的结构中，需要getConnectionFromSlot方法需要调用ZhenJedisClusterInfoCache.getSlotPool来根据slot以及当前读写状态(read/write)来获取对应的Jedis连接:

public JedisPool getSlotPool(int slot, ZhenQueryContext queryContext) {
    r.lock();
    try {
        ZhenJedisPool zhenJedisPool = slots.get(slot);
        if (queryContext.getOperationType() == OperationType.WRITE) {
            return zhenJedisPool.getWritePool();
        } else {
            List<JedisPool> readPools = zhenJedisPool.getReadPools();
            return readPools.get(new Random().nextInt(readPools.size()));
        }
    } finally {
        r.unlock();
    }
}

对于JedisCluster中，在执行每一步操作之前，都需要设置对应的读写上下文，便于在内部选择master/slave connection：

@Override
public String get(final String key) {
    ZhenQueryContextHolder.getInstance().setQueryContext(new ZhenQueryContext(OperationType.READ));
    return new ZhenJedisClusterCommand<String>(connectionHandler, maxRedirections) {
        @Override
        public String execute(Jedis connection) {
            return connection.get(key);
        }
    }.run(key);
}

处理完成后，只需要在执行时使用我们提供的JedisCluster即可正常运行。

执行验证

当前节点如果为slave，也不能只读，需要额外设置属性 slave-read-only

可以证实，经过改造后确实调用到了指定的master节点上：

5974ed7dd81c112d9a2354a0a985995913b4702c 192.168.1.137:6389 master - 0 1470273087539 26 connected 0-5640
d08dc883ee4fcb90c4bb47992ee03e6474398324 192.168.1.137:6390 master - 0 1470273086034 25 connected 5641-11040
ffb4db4e1ced0f91ea66cd2335f7e4eadc29fd56 192.168.1.138:6390 slave 5974ed7dd81c112d9a2354a0a985995913b4702c 0 1470273087539 26 connected
c69b521a30336caf8bce078047cf9bb5f37363ee 192.168.1.137:6388 master - 0 1470273086536 28 connected 11041-16383
532e58842d001f8097fadc325bdb5541b788a360 192.168.1.138:6389 slave c69b521a30336caf8bce078047cf9bb5f37363ee 0 1470273086034 28 connected
aa52c7810e499d042e94e0aa4bc28c57a1da74e3 192.168.1.138:6388 myself,slave d08dc883ee4fcb90c4bb47992ee03e6474398324 0 0 19 connected

出现该问题，加上slave-readonly yes 参数后，重启发现也并没有什么作用，仍然报上面的错误，而且直接通过命令行连接时，仍然出现问题：

192.168.1.137:6390> get key1
-> Redirected to slot [9189] located at 192.168.1.138:6388
"value1"

经过查找，在github上发现问题所在，https://github.com/antirez/redis/issues/2202，如果连接到slave节点，可以通过readonly来进行处理：

//如果是只读连接 { 
   connection.readonly();
}
return execute(connection);

使用zookeeper监测集群状态变化

建立Redis agent，用于监测RedisCluster的状态变化，如果RedisCluster中的状态与zookeeper上的一致，不进行任何操作，否则更新zookeeper上的文件。

agent的执行时间间隔可以控制在1s，便于及时发现rediscluster的状态问题。

应用程序中需要注册监听该文件的变化，如果有变化及时进行更新redis读写池。

zookeeper agent

操作zookeeper可以使用curator框架，Curator框架提供了一套高级的API，简化了ZooKeeper的操作。它增加了很多使用ZooKeeper开发的特性，可以处理ZooKeeper集群复杂的连接管理和重试机制。

ZooKeeper原生的API支持通过注册Watcher来进行事件监听，但是Watcher通知是一次性的，因此开发过程中需要反复注册Watcher，比较繁琐。Curator引入了Cache来监听ZooKeeper服务端的事件。Cache对ZooKeeper事件监听进行了封装，能够自动处理反复注册监听，简化了ZooKeeper原生API繁琐的开发过程。

关于curator的基本介绍，可以参考：http://ifeve.com/zookeeper-curato-framework/

首先需要添加maven依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-recipes</artifactId>
    <version>2.7.0</version>
</dependency>

在主线程中进行间隔1s的轮询，查询zookeeper上的文件与当前redis状态，如果相同不做任何修改，否则进行更新。

建立zookeeper连接：

client = CuratorFrameworkFactory.newClient("xxx",
        new RetryNTimes(5, 5000));
client.start();

获取zookeeper上的值与线上redis环境进行比对：

public void compareAndSet() throws Exception {
    List<ZhenJedisPoolObject> jedisPoolFromCluster = getJedisPoolFromCluster();
    String currentString = JSON.toJSONString(jedisPoolFromCluster);
    if (client.checkExists().forPath(TOPO_PATH) == null) {
        SysOutLogger.info("Start to create zk node: " + TOPO_PATH);
        client.create().creatingParentsIfNeeded().forPath(TOPO_PATH, currentString.getBytes());
    } else {
 
        String statData = new String(client.getData().forPath(TOPO_PATH));
        if (!currentString.equalsIgnoreCase(statData)) {
            SysOutLogger.info("Node not synchronized with online, to reset...");
            client.setData().forPath(TOPO_PATH, currentString.getBytes());
        }
    }
}

应用端监测文件修改

而在应用端，完全依赖zookeeper上的文件状态变更，来更新rediscluster中的slots，nodes等对象：

String content = new String(client.getData().forPath(TOPO_PATH), "UTF-8");
List<ZhenJedisPoolObject> zhenJedisPoolObjects =
        JSON.parseObject(content, new TypeReference<List<ZhenJedisPoolObject>>() {
        });
discoverClusterNodesAndSlots(zhenJedisPoolObjects);
 
final NodeCache nodeCache = new NodeCache(client, TOPO_PATH, false);
nodeCache.start();
nodeCache.getListenable().addListener(new NodeCacheListener() {
    @Override
    public void nodeChanged() throws Exception {
        String content = new String(nodeCache.getCurrentData().getData(), "UTF-8");
        List<ZhenJedisPoolObject> zhenJedisPoolObjects =
                JSON.parseObject(content, new TypeReference<List<ZhenJedisPoolObject>>() {
                });
        discoverClusterNodesAndSlots(zhenJedisPoolObjects);
    }
});

注意这里需要使用到curator中的NodeCache来操作，它可以帮助监听zookeeper上节点数据的变化。如果想要监听zookeeper上路径的变化，可以使用：PathChildrenCache，根据对应的事件类型event type：CHILD_ADDED, CHILD_REMOVED, CHILD_UPDATED来进行事件处理。

注意需要保证zookeeper上的redis连接，能够以正常的方式访问到（内外网切换）。