在高可用这条路上你知道Redis有多努力吗

花括号MC 2020/6/25 17:25:39

原创:花括号MC(微信公众号:huakuohao-mc)。关注JAVA基础编程及大数据,注重经验分享及个人成长。自我介绍 我,Redis,内存数据库,有着比memcached更强大的功能。现在已经是这个领域的头把金交椅。 常规数据库 这里所说的常规数据库是指基于硬盘读写的数据库,比如Oracl…

原创:花括号MC(微信公众号:huakuohao-mc)。关注JAVA基础编程及大数据,注重经验分享及个人成长。

自我介绍

我,Redis,内存数据库,有着比memcached更强大的功能。现在已经是这个领域的头把金交椅。

常规数据库

这里所说的常规数据库是指基于硬盘读写的数据库,比如OracleMysqlMongodb等。基于硬盘读写的数据库可以有效的保证数据的高可用性。这里的高可用性指的是操作系统或者数据库崩溃之后,不会造成数据丢失,这也是对数据库的最基本要求。

内存数据库

基于硬盘读写的数据库虽然可以保证数据的高可用性,但是读写速度比较慢,这也是磁盘I/O的天然属性。虽然切换固态硬盘之后,性能会有显著提升,但是经济成本也会随之升高,而且固态硬盘使用寿命偏低。为了解决这个问题,Redis做出了改变。Redis是基于内存进行读写的数据库,把数据全部存储在内存中,这样就可以大幅提高数据的读写速度。

memcached

说到内存数据库,不得不提memcachedmemcachedRedis出现的更早,也是基于内存进行数据存储。在十几年前,大家通用的缓存方案就是memcachedmemcached支持Key-Value形式的数据存储,但是只支持String类型的数据结构,不支持更复杂的数据结构,也不支持集群。 操作系统或者memcached重启后数据就会丢失。这也是基于内存进行数据存储的最大缺点。

Redis

Redis继承了memcached所有的优点,并改进了很多缺点。比如Redis也是基于内存进行数据操作,并且支持更多的数据类型,比如ListSet等。最最主要的,也是这篇文章的重点,Redis支持数据高可用,也就是说Redis或者操作系统重启之后,数据不会丢失。

Redis在高可用这条路上所付出的努力,就像一个不断努力进取的励志青年。

单机持久化

众所周知,放在内存中的数据是不稳定的。为了解决因为系统或者Redis重启造成的数据丢失问题。Redis提供了两种数据持久化方案。

  1. 快照备份 把Redis数据库中的数据,定时备份到磁盘中。当数据库重启的时候,可以通过定时备份到磁盘文件中的快照文件进行数据恢复。这样Redis既保证了数据的读写速度,又保证了数据的高可用。
  2. AOF同步写 快照备份有个缺点,就是会丢失一部分数据。比如在新的快照文件生成之前,系统发生了问题,那么最近一次快照之后的数据将丢失。Redis为了解决这个问题,提出了AOF解决方案。 所谓的AOF就是将每次写入数据的命令都以追加的方式记录到文件中。这样在系统出问题的时候,只要将这个文件中的命令全部重放一下就OK了。这样就可以做到不丢数了。

但是如果数据写入操作太多的话,会造成AOF文件过大,为了解决这个问题Redis提供了AOF自动压缩功能,以及去重功能,这样可以达到对文件体积大小进行优化的目的。

主从复制

上面的两种持久化方案,对于单节点Redis来说,基本已经够用了。但是我们的系统总是越做越大,要求越来越多。有的时候单节点Redis往往撑不住系统的访问量。这种情况下Redis提供了主从模式。

所谓的主从模式就是一个主节点,负责读和写,一个从节点,负责将主节点的数据同步到从节点,这样主从节点信息就是一致的。 注意:从节点不支持写操作,但是可以支持读操作。当其中任意一个点挂掉之后,数据不会损失。而且可以将读的压力分散到多个节点,支持更大的访问量。

哨兵模式

对于主从模式,这里有个最大的痛点。当主节点挂掉后,从节点是不会自动升级为主节点的。也就是负责往Redis写入的程序会报错,但是读操作不会有问题。这一点不太符合高可用的要求。为了解决发生故障,主节点自动切换的问题,Redis又给大家提供了哨兵模式。

所谓的哨兵模式就是,提供三个哨兵节点(同样是Redis实例,只不过不存储数据),来监控主从模式下的所有Redis节点(真正存储数据的节点)。客户端程序通过哨兵节点获取主节点信息。当主节点挂掉后,哨兵节点会自动将其中一个从节点升级为主节点,提供给客户端程序执行写入操作。当发生故障的主节点恢复后,会自动变为新的主节点的从节点。

集群模式

大家可能发现了,无论是主从复制模式,还是哨兵模式都没有解决分布式写的问题,也就是说到目前为止,所有的方案都只能往一个节点写数据,数据存储能力受单节点限制。哨兵模式仅仅解决了主从复制模式下,发生故障后不能自动切换的问题。 为了解决分布式写的问题,Redis提供了集群功能。

Redis集群可以实现分布式写。集群中的节点分为主节点和从节点。主节点负责数据的读写以及集群信息的维护,从节点负责同步主节点的信息。

Redis集群利用数据分片的概念,将要操作的Key进行哈希计算,根据得到的结果决定这个Key应该存储到那个主节点。这样就可以利用多个主节点进行分布式写操作。进行读操作的时候也会先计算Key的哈希值,然后找到对应的主节点。

很遗憾的是,集群模式也不是百分百完美,比如key的批量操作会受限制,只有当操作的key都位于一个槽位时才能进行操作。还有Keys操作,只能在任一节点发生,不能跨节点。其实这些所有缺点,都是因为分布式写造成的,因为你把数据分别存到了不同的Redis节点。

总结

Redis由单节点的持久化,到主从复制模式,再到哨兵模式,再到最后的集群模式。一路打怪升级,不断的完善自己。


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