本文主要針對Redis常見的幾種使用方式及其優缺點展開分析。

一、常見使用方式

Redis的幾種常見使用方式包括：

• Redis單副本；
• Redis多副本（主從）；
• Redis Sentinel（哨兵）；
• Redis Cluster；
• Redis自研。

二、各種使用方式的優缺點

1、Redis單副本

Redis單副本，采用單個Redis節點部署架構，沒有備用節點實時同步數據，不提供數據持久化和備份策略，適用于數據可靠性要求不高的純緩存業務場景。

優點：

• 架構簡單，部署方便；
• 高性價比：緩存使用時無需備用節點（單實例可用性可以用supervisor或crontab保證），當然為了滿足業務的高可用性，也可以犧牲一個備用節點，但同時刻只有一個實例對外提供服務；
• 高性能。

缺點：

• 不保證數據的可靠性；
• 在緩存使用，進程重啟后，數據丟失，即使有備用的節點解決高可用性，但是仍然不能解決緩存預熱問題，因此不適用于數據可靠性要求高的業務；
• 高性能受限于單核CPU的處理能力（Redis是單線程機制），CPU為主要瓶頸，所以適合操作命令簡單，排序、計算較少的場景。也可以考慮用Memcached替代。

2、Redis多副本（主從）

Redis多副本，采用主從（replication）部署結構，相較于單副本而言***的特點就是主從實例間數據實時同步，并且提供數據持久化和備份策略。主從實例部署在不同的物理服務器上，根據公司的基礎環境配置，可以實現同時對外提供服務和讀寫分離策略。

優點：

• 高可靠性：一方面，采用雙機主備架構，能夠在主庫出現故障時自動進行主備切換，從庫提升為主庫提供服務，保證服務平穩運行；另一方面，開啟數據持久化功能和配置合理的備份策略，能有效的解決數據誤操作和數據異常丟失的問題；
• 讀寫分離策略：從節點可以擴展主庫節點的讀能力，有效應對大并發量的讀操作。

缺點：

• 故障恢復復雜，如果沒有RedisHA系統（需要開發），當主庫節點出現故障時，需要手動將一個從節點晉升為主節點，同時需要通知業務方變更配置，并且需要讓其它從庫節點去復制新主庫節點，整個過程需要人為干預，比較繁瑣；
• 主庫的寫能力受到單機的限制，可以考慮分片；
• 主庫的存儲能力受到單機的限制，可以考慮Pika；
• 原生復制的弊端在早期的版本中也會比較突出，如：Redis復制中斷后，Slave會發起psync，此時如果同步不成功，則會進行全量同步，主庫執行全量備份的同時可能會造成毫秒或秒級的卡頓；又由于COW機制，導***端情況下的主庫內存溢出，程序異常退出或宕機；主庫節點生成備份文件導致服務器磁盤IO和CPU（壓縮）資源消耗；發送數GB大小的備份文件導致服務器出口帶寬暴增，阻塞請求，建議升級到***版本。

3、Redis Sentinel（哨兵）

Redis Sentinel是社區版本推出的原生高可用解決方案，其部署架構主要包括兩部分：Redis Sentinel集群和Redis數據集群。

其中Redis Sentinel集群是由若干Sentinel節點組成的分布式集群，可以實現故障發現、故障自動轉移、配置中心和客戶端通知。Redis Sentinel的節點數量要滿足2n+1（n>=1）的奇數個。

優點：

• Redis Sentinel集群部署簡單；
• 能夠解決Redis主從模式下的高可用切換問題；
• 很方便實現Redis數據節點的線形擴展，輕松突破Redis自身單線程瓶頸，可極大滿足Redis大容量或高性能的業務需求；
• 可以實現一套Sentinel監控一組Redis數據節點或多組數據節點。

缺點：

• 部署相對Redis主從模式要復雜一些，原理理解更繁瑣；
• 資源浪費，Redis數據節點中slave節點作為備份節點不提供服務；
• Redis Sentinel主要是針對Redis數據節點中的主節點的高可用切換，對Redis的數據節點做失敗判定分為主觀下線和客觀下線兩種，對于Redis的從節點有對節點做主觀下線操作，并不執行故障轉移。
• 不能解決讀寫分離問題，實現起來相對復雜。

建議：

• 如果監控同一業務，可以選擇一套Sentinel集群監控多組Redis數據節點的方案，反之選擇一套Sentinel監控一組Redis數據節點的方案。
• sentinel monitor <master-name> <ip> <port> <quorum> 配置中的<quorum>建議設置成Sentinel節點的一半加1，當Sentinel部署在多個IDC的時候，單個IDC部署的Sentinel數量不建議超過（Sentinel數量 – quorum）。
• 合理設置參數，防止誤切，控制切換靈敏度控制：

a. quorum

b. down-after-milliseconds 30000

c. failover-timeout 180000

d. maxclient

e. timeout

• 部署的各個節點服務器時間盡量要同步，否則日志的時序性會混亂。
• Redis建議使用pipeline和multi-keys操作，減少RTT次數，提高請求效率。
• 自行搞定配置中心（zookeeper），方便客戶端對實例的鏈接訪問。

4、Redis Cluster

Redis Cluster是社區版推出的Redis分布式集群解決方案，主要解決Redis分布式方面的需求，比如，當遇到單機內存，并發和流量等瓶頸的時候，Redis Cluster能起到很好的負載均衡的目的。

Redis Cluster集群節點最小配置6個節點以上（3主3從），其中主節點提供讀寫操作，從節點作為備用節點，不提供請求，只作為故障轉移使用。

Redis Cluster采用虛擬槽分區，所有的鍵根據哈希函數映射到0～16383個整數槽內，每個節點負責維護一部分槽以及槽所印映射的鍵值數據。

優點：

• 無中心架構；
• 數據按照slot存儲分布在多個節點，節點間數據共享，可動態調整數據分布；
• 可擴展性：可線性擴展到1000多個節點，節點可動態添加或刪除；
• 高可用性：部分節點不可用時，集群仍可用。通過增加Slave做standby數據副本，能夠實現故障自動failover，節點之間通過gossip協議交換狀態信息，用投票機制完成Slave到Master的角色提升；
• 降低運維成本，提高系統的擴展性和可用性。

缺點：

• Client實現復雜，驅動要求實現Smart Client，緩存slots mapping信息并及時更新，提高了開發難度，客戶端的不成熟影響業務的穩定性。目前僅JedisCluster相對成熟，異常處理部分還不完善，比如常見的“max redirect exception”。
• 節點會因為某些原因發生阻塞（阻塞時間大于clutser-node-timeout），被判斷下線，這種failover是沒有必要的。
• 數據通過異步復制，不保證數據的強一致性。
• 多個業務使用同一套集群時，無法根據統計區分冷熱數據，資源隔離性較差，容易出現相互影響的情況。
• Slave在集群中充當“冷備”，不能緩解讀壓力，當然可以通過SDK的合理設計來提高Slave資源的利用率。
• Key批量操作限制，如使用mset、mget目前只支持具有相同slot值的Key執行批量操作。對于映射為不同slot值的Key由于Keys不支持跨slot查詢，所以執行mset、mget、sunion等操作支持不友好。
• Key事務操作支持有限，只支持多key在同一節點上的事務操作，當多個Key分布于不同的節點上時無法使用事務功能。
• Key作為數據分區的最小粒度，不能將一個很大的鍵值對象如hash、list等映射到不同的節點。
• 不支持多數據庫空間，單機下的redis可以支持到16個數據庫，集群模式下只能使用1個數據庫空間，即db 0。
• 復制結構只支持一層，從節點只能復制主節點，不支持嵌套樹狀復制結構。
• 避免產生hot-key，導致主庫節點成為系統的短板。
• 避免產生big-key，導致網卡撐爆、慢查詢等。
• 重試時間應該大于cluster-node-time時間。
• Redis Cluster不建議使用pipeline和multi-keys操作，減少max redirect產生的場景。

5、Redis自研

Redis自研的高可用解決方案，主要體現在配置中心、故障探測和failover的處理機制上，通常需要根據企業業務的實際線上環境來定制化。

優點：

• 高可靠性、高可用性；
• 自主可控性高；
• 貼切業務實際需求，可縮性好，兼容性好。

缺點：

• 實現復雜，開發成本高；
• 需要建立配套的周邊設施，如監控，域名服務，存儲元數據信息的數據庫等；
• 維護成本高。