Docker下搭建Redis集群并实现动态扩/缩容

一、Redis集群方案的简单介绍

Redis集群的方案一般分为三种：

• 哈希取余分区
• 一致性哈希算法分区
• 哈希槽分区（本文介绍的就是这种）

1、哈希取余分区：

优点：

简单粗暴，只要提前预估好数据量，然后规划好节点，例如：3台、30台、300台节点，就能保证未来一段时间内的数据支撑。

缺点：

事先规划好节点，进行扩容或者缩容就比较麻烦了额，不管扩缩，每次数据变动导致节点有变动，映射关系需要重新进行计算，在服务器个数固定不变时没有问题，如果需要弹性扩容或故障停机的情况下，原来的取模公式就会发生变化：Hash(key)/3会变成Hash(key) /?。此时地址经过取余运算的结果将发生很大变化，根据公式获取的服务器也会变得不可控。如果某个redis机器宕机了，由于台数数量变化，会导致hash取余全部数据重新洗牌。

2、一致性哈希算法分区：

优点：

容错性：假设Node C宕机，可以看到此时对象A、B、D不会受到影响，只有C对象被重定位到Node D。一般在一致性Hash算法中，如果一台服务器不可用，则受影响的数据仅仅是此服务器到其环空间中前一台服务器（即沿着逆时针方向行走遇到的第一台服务器）之间数据，其它不会受到影响。简单说，就是C挂了，受到影响的只是B、C之间的数据，并且这些数据会转移到D进行存储。

扩展性：数据量增加了，需要增加一台节点NodeX，X的位置在A和B之间，那受到影响的也就是A到X之间的数据，重新把A到X的数据录入到X上即可，不会导致hash取余全部数据重新洗牌。

优点总结：加入和删除节点只影响哈希环中顺时针方向的相邻的节点，对其他节点无影响。

缺点：

Hash环的数据倾斜问题，一致性Hash算法在服务节点太少时，容易因为节点分布不均匀而造成数据倾斜（被缓存的对象大部分集中在某一台服务器上）问题。数据的分布和节点的位置有关，因为这些节点不是均匀的分布在哈希环上的，所以数据在进行存储时达不到均匀分布的效果，造成了分区中数据倾斜不一致性的问题。

3、哈希槽分区

由于一致性哈希分区存在数据倾斜不一致性的问题，故引入了槽的概念。Redis 集群中内置了 16384 个哈希槽，Redis 会根据节点数量大致均等的将哈希槽映射到不同的节点。当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value时，Redis 先对 key 使用 crc16 算法算出一个结果，然后把结果对 16384 求余数，这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383 之间的哈希槽，也就是映射到某个节点上。

优点：极大地方便了集群做线性扩展，以及实现平滑的扩容或缩容。

本文就是对Redis“哈希槽分区”的搭建进行介绍，具体步骤请看下面的操作。

二、环境介绍

• Docker版本：Docker version 24.0.5, build ced0996
• Centos：CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)
• Redis：docker中的redis:latest版

三、哈希槽分区的搭建与测试

1、使用命令多次创建Redis容器

# 创建Redis集群容器
docker run -d --name redis-node-1 --net host --privileged=true -v /mydata/redis/share/redis-node-1:/data redis --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6381
docker run -d --name redis-node-2 --net host --privileged=true -v /mydata/redis/share/redis-node-2:/data redis --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6382
docker run -d --name redis-node-3 --net host --privileged=true -v /mydata/redis/share/redis-node-3:/data redis --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6383
docker run -d --name redis-node-4 --net host --privileged=true -v /mydata/redis/share/redis-node-4:/data redis --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6384
docker run -d --name redis-node-5 --net host --privileged=true -v /mydata/redis/share/redis-node-5:/data redis --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6385
docker run -d --name redis-node-6 --net host --privileged=true -v /mydata/redis/share/redis-node-6:/data redis --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6386

# 参数介绍
docker run                            　　　　　　  # 创建并运行docker容器实例
--name redis-node-1        　　　　　　　　　　　　　　# 容器名字
--net host                        　　　　　　　　　　# 使用宿主机的IP和端口，默认
--privileged=true                　　　　　　　　　　 # 获取宿主机root用户权限
-v /mydata/redis/share/redis-node-1:/data          # 容器卷，宿主机地址:docker内部地址
redis                                    　　　　　　# redis镜像和版本号（有版本可以 redis:6.0.8）
--cluster-enabled yes            　　　　　　　　　　 # 开启redis集群
--appendonly yes                    　　　　　　　　 # 开启持久化
--port 6381                            　　　　　　 # redis端口号

2、随机进入一个Redis容器，进行主从的配置

# 进入Redis节点1
docker exec -it redis-node-1 /bin/bash

# 进入节点1后构造主从。只有进入docker容器后才能执行以下命令，且注意自己的真实IP地址。
redis-cli --cluster create 192.168.152.134:6381 192.168.152.134:6382 192.168.152.134:6383 192.168.152.134:6384 192.168.152.134:6385 192.168.152.134:6386 --cluster-replicas 1

--cluster create         # 构建集群
--cluster-replicas 1     # 表示为每个master创建一个slave节点

3、查看集群状态

进入Redis后【cluster info】所展示的信息

进入Redis后【cluster nodes】所展示的信息，从下图中可以得知【主6381 - 从6385；主6382 - 从6386；主6383 - 从6384】。

从下图中可以看出6381是主服务器，6385是从服务器。6385是挂在6381的下面（6381和6385是一一对应）

4、数据的存储

通过【redis-cli -p 6381】命令进入redis，在存储信息的时候会发现哈希槽不匹配，不能存储数据。如下图所示：

我们在连接redis的时候需要添加一个参数，才能正确的选择存储路由，防止数据存储失败。正确的命令为【redis-cli -p 6381 -c】

查看集群的数据信息。通过上图可以得知下图的数据6381服务成功设置了2个数据，6383服务成功设置了1个数据。

# 192.168.152.134:6381 随便哪个redis端口都可以
redis-cli --cluster check 192.168.152.134:6381

5、容错切换和迁移

# 停止redis-node-1，查看集群状态
docker stop redis-node-1 

从下图可以看出，redis-node-1已经停止了，节点状态已经是【fail】。从2-3中可以得知6381（主）和6385（从）是主从关系，现在6381（主）挂机了，6385（从）上位变成了master。

节点redis-node-1停止后，我们依然可以获取到之前在redis-node-1中设置的 k2 和 k3 信息，因为6381（主）和6385（从）是主从关系。说明我们配置主从和集群是正确的。

重新启动redis-node-1，再次查看集群信息。原来6381是主，6385是从。6381停止后，6385就变成了主，当再次启动6381时他就变成了从机。这时的主从关系是6385为主，6381为其从。如下图所示。

6、主从扩容案例

由于数据压力我们现在要对redis集群进行扩容，由原来的三主三从扩充到四主四从。

# 添加两台redis服务，分别是6387和6388
docker run -d --name redis-node-7 --net host --privileged=true -v /mydata/redis/share/redis-node-7:/data redis --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6387

docker run -d --name redis-node-8 --net host --privileged=true -v /mydata/redis/share/redis-node-8:/data redis --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6388

# 进入6387的redis节点
docker exec -it redis-node-7 /bin/bash

# 将新增的6387作为master节点加入集群（加入成功后如下图）
# 命令格式：redis-cli --cluster add-node 自己实际IP地址:6387 自己实际IP地址:6381
# 　　6387 就是将要作为master新增的节点
# 　　6381 就是原来集群节点里面的带头大哥（相当于这个集群的代表），表示6387要加入到6381的组织集群当中
redis-cli --cluster add-node 192.168.152.134:6387 192.168.152.134:6381

1、使用命令检查集群情况

# [192.168.152.134]是宿主机的真是IP地址
redis-cli --cluster check 192.168.152.134:6381

2、重新分派槽号

# 从6381所代表的redis集群中分配
# 命令：redis-cli --cluster reshard IP地址:端口号
# reshard 表示分配槽位
redis-cli --cluster reshard 192.168.152.134:6381

3、再次使用命令检查集群情况

# [192.168.152.134]是宿主机的真是IP地址
redis-cli --cluster check 192.168.152.134:6381

4、为主节点6387分配从节点6388

# 命令格式：redis-cli --cluster add-node ip:新slave端口 ip:新master端口 --cluster-slave --cluster-master-id 新主机节点ID
# 7364769634930d427dc19938878f4d45da46bd5f  这个是6387的编号，各位需要按照自己的实际情况来

redis-cli --cluster add-node 192.168.152.134:6388 192.168.152.134:6387 --cluster-slave --cluster-master-id 7364769634930d427dc19938878f4d45da46bd5f

5、分配节点后，再次用命令查看集群情况

7、主从缩容案例

目前的主从结构如下图。现在我们要缩容，把之前添加的6387和6388这对主从删除。

1、现在6387是主，6388是从，先删除从服务（6388）

# 先使用命令进入任意节点，我这里是进入了节点1
docker exec -it redis-node-1 bash

# 检查集群情况，获得6388的节点ID
redis-cli --cluster check 192.168.152.134:6381

# 将6388从集群中删除
# 命令：redis-cli --cluster del-node ip:端口 6388节点ID
redis-cli --cluster del-node 192.168.152.134:6388 38974c5e6654f7f8c9f05e19d6412c31383bf681

# 删除后再次检查一下，6388被删除了，只剩下7台机器了。
redis-cli --cluster check 192.168.152.134:6381

2、接下来删除主库6387。先将6387的槽号清空，再重新分配槽号，槽号可以任意分配给其他任意主库，本例将清出来的槽号都给6382。

# 重新分配槽号
redis-cli --cluster reshard 192.168.152.134:6381

# 分配好后再次查看集群信息
redis-cli --cluster check 192.168.152.134:6381

3、槽位分配完成后，将6387删除

# 删除节点的命令：redis-cli --cluster del-node ip:端口 节点ID
redis-cli --cluster del-node 192.168.152.134:6387 7364769634930d427dc19938878f4d45da46bd5f

# 删除后再次查看集群情况
redis-cli --cluster check 192.168.152.134:6381