Redis的幾種拓展方案，你都清楚嗎？
前言
Redis大家都不陌生，就算是沒用過，也都聽說過了。
作為最廣泛使用的KV內存數據庫之一，在當今的大流量時代，單機模式略顯單薄，免不了要有一些拓展的方案。
筆者下文會對各種方案進行介紹，并且給出_場景_，實現 等等概述，還會提到一些新手常見的誤區。
正文
先從基礎的拓展方式開始，這樣更便于理解較高級的模式。
ps: 本文背景是以筆者落筆時官網最新穩定版5.0.8為準，雖然還沒寫完就變成了6.0.1。
分區
概述
分區(Partitioning)是一種最為簡單的拓展方式。
在我們面臨單機的存儲空間瓶頸時，第一點就能想到像傳統的關系型數據庫一樣，進行數據分區。
或者假設手中有N臺機器可以作為Redis服務器
所有機器內存總和有256G, 而客戶端正好也需要一個大內存的存儲空間。
我們除了可以把內存條都拆下來焊到一個機器上，也可以選擇分區使用，這樣又拓展了計算能力。
單指分區來講，即將全部數據分散在多個Redis實例中，每個實例不需要關聯，可以是完全獨立的。
使用方式
- 客戶端處理
和傳統的數據庫分庫分表一樣，可以從key入手，先進行計算，找到對應數據存儲的實例在進行操作。
范圍角度，比如orderId:1~orderId:1000放入實例1，orderId:1001~orderId:2000放入實例2...
哈希計算，就像我們的hashmap一樣，用hash函數加上位運算或者取模，高級玩法還有一致性Hash[1]等操作，找到對應的實例進行操作
- 使用代理中間件
我們可以開發獨立的代理中間件，屏蔽掉處理數據分片的邏輯，獨立運行。
當然也有他人已經造好的輪子，Redis也有優秀的代理中間件，譬如Twemproxy[2]，或者codis[3]，可以結合場景選擇是否使用。
缺點
- 無緣多key操作，key都不一定在一個實例上，那么多key操作或者多key事務自然是不支持。
- 維護成本，由于每個實例在物理和邏輯上，都屬于單獨的一個節點，缺乏統一管理。
- 靈活性有限，范圍分片還好，比如hash+MOD這種方式，如果想動態調整Redis實例的數量，就要考慮大量數據遷移，這就非常麻煩了。
同為開發者，深知我們雖然總能“曲線救國”的完成一些當前環境不支持的功能，但是總歸要麻煩一些。
主從
概述數據遷移
常說的主從(Master-Slave)，也就是復制(Replication)方式，怎么稱呼都可以。
同上面的分區一樣，也是Redis高可用架構的基礎，新手可能會誤以為這類基礎模式即是“高可用”，這并不是十分正確的。
分區暫時能解決單點無法容納的數據量問題，但是一個Key還是只在一個實例上，在大流量時代顯得不那么可靠。
主從就是另一個緯度的拓展，節點將數據同步到從節點，就像將實例“分身”了一樣，可靠性又提高了不少。
圖畫的有些夸張了，主要還是想體現結構靈活，是一主一從，還是一主多從，還是一主多從多從... 看你心情
有了“實例分身”，自然就可以做讀寫分離，將讀流量均攤在各個從節點。
使用方式
高手云集的時代，聊天軟件難免要備上這么一張表情包。
這表情包和使用方式有什么關系呢？首先看看使用方式：
- 作為主節點的Redis實例，并不要求配置任何參數，只需要正常啟動
- 作為從節點的實例，使用配置文件或命令方式REPLICAOF 主節點Host 主節點port即可完成主從配置
是不是和表情包一樣，“dalao”沒動，我去“抱大腿”。
這樣一個主從最小配置就完成了，主從實例即可對外提供服務。
命令里的“主節點”是相對的，slave也可以抱slave大腿，也就是上文提到的結構靈活。
學習資料：Java進階視頻資源
缺點
- slave節點都是只讀的，如果寫流量大的場景，就有些力不從心了。
那我把slave節點只讀關掉不就行了？當然不行，數據復制是由主到從，從節點獨有數據同步不到主節點，數據就不一致了。
- 故障轉移不友好，主節點掛掉后，寫處理就無處安放，需要手工的設定新的主節點，如使用REPLICAOF no one(誰大腿我都不抱了) 晉升為主節點，再梳理其他slave節點的新主配置，相對來說比較麻煩。
哨兵
概述
主從的手工故障轉移，肯定讓人很難接受，自然就出現了高可用方案-哨兵（Sentinel）。
我們可以在主從架構不變的場景，直接加入Redis Sentinel，對節點進行監控，來完成自動的故障發現與轉移。
并且還能夠充當配置提供者，提供主節點的信息，就算發生了故障轉移，也能提供正確的地址。
哨兵本身也是Redis實例的一種，但不作為數據存儲方使用，啟動命令也是不一樣的。
雖然圖有些復雜，看起來像要召喚光能使者。
其實實際使用起來是很便捷的。學習資料：Java進階視頻資源
使用方式
Sentinel的最小配置，一行即可：
- sentinel monitor <主節點別名> <主節點host> <主節點端口> <票數>
只需要配置master即可，然后用redis-sentinel <配置文件> 命令即可啟用。
Redis官網[4]提到的“最小配置”是如下所示，除了上面提到的一行，還有其它的一些配置：
- sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
- sentinel down-after-milliseconds mymaster 60000
- sentinel failover-timeout mymaster 180000
- sentinel parallel-syncs mymaster 1
- sentinel monitor resque 192.168.1.3 6380 4
- sentinel down-after-milliseconds resque 10000
- sentinel failover-timeout resque 180000
- sentinel parallel-syncs resque 5
這是因為官網加了一個修飾詞，是“典型的最小配置”，把重要參數和多主的例子都寫出來了，照顧大家CV大法的時候，不要忘記重要參數，其實都是有默認值的。
正如該例所示，設置主節點別名就是為了監控多主的時候，與其額外配置項能夠與其對應, 以及sentinel一些命令，如SENTINEL get-master-addr-by-name就要用到別名了。
哨兵數量建議在三個以上且為奇數，在Redis官網[5]也提到了各種情況的“布陣”方式，非常值得參考。
更多
既然是高可用方案，并非有嚴格意義上的“缺點”，還需配合使用場景進行考量。
- 故障轉移期間短暫的不可用，但其實官網的例子也給出了parallel-syncs參數來指定并行的同步實例數量，以免全部實例都在同步出現整體不可用的情況，相對來說要比手工的故障轉移更加方便。
- 分區邏輯需要自定義處理，雖然解決了主從下的高可用問題，但是Sentinel并沒有提供分區解決方案，還需開發者考慮如何建設。
- 既然是還是主從，如果異常的寫流量搞垮了主節點，那么自動的“故障轉移”會不會變成自動“災難傳遞”，即slave提升為Master之后掛掉，又進行提升又被掛掉。
- 不過最后這點也是筆者猜測，并沒有聽說過出現這種案例，可不必深究。
集群
概述
Redis Cluster是官方在3.0版本后推出的分布式方案。
對開發者而言，“官方支持”一詞是大概率非常美好的，小到issue，大到feature。自定義去解決問題，成本總是要高一些。
有了官方的正式集群方案，從請求路由、故障轉移、彈性伸縮幾個緯度的使用上，將更為容易。
Cluster不同于哨兵，是支持分區的。有說法Cluster是哨兵的升級，這是不嚴謹的。
二者緯度不一樣，如果因為Cluster也有故障轉移的功能，就說它是哨兵的升級款，略顯牽強。
Cluster在分區管理上，使用了“哈希槽”(hash slot)這么一個概念，一共有16384個槽位，每個實例負責一部分槽，通過CRC16（key）&16383這樣的公式，計算出來key所對應的槽位。
雖然在節點和key二者中又引入了槽的概念，看起來不易理解，實際上因為顆粒度更細了，減少了節點的擴容和收縮難度，相比傳統策略還是很有優勢。
當然，“槽”是虛擬的概念，節點自身去維護“槽”的關系，并不是要真正下載啟動個“槽服務”在跑。
學習資料：Java進階視頻資源
使用方式
Redis的各種玩法，都是從配置文件著手，集群也不例外。
- cluster-enabled yes
- cluster-config-file "redis-node.conf"
關鍵配置簡潔明了，有兩步
- 開啟集群
- 指定集群配置文件
集群配置文件(cluster-config-file)為內部使用，可以不去指定，Redis會幫助創建一個。啟動還是普通的方式redis-server redis.conf
首先以集群方式啟動了N臺Redis實例，這當然還沒完事。
接下來的步驟筆者稱為“牽線搭橋分配槽”，聽起來還算順口。
“牽線搭橋分配槽”的方式也在不斷升級，從直接用原始命令來處理，到使用腳本，以及現在的Redis-cli官方支持，使用哪種方式都可以。
- redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 \
- 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 \
- --cluster-replicas 1
上方的命令即是Redis官網給出的redis-cli的方式用法，一行命令完成“三主三從”以及自動分配槽的操作。
這樣集群就搭建完成了，當然，使用官方提供的check命令檢查一下，也是有必要的。
- redis-cli --cluster check 127.0.0.1:7001
更多
- 雖然是對分區良好支持，但也有一些分區的老問題，譬如：如果不在同一個“槽”的數據，是沒法使用類似mset的多鍵操作。
- 在select命令頁[6]有提到, 集群模式下只能使用一個庫，雖然平時一般也是這么用的，但是要了解一下。
- 運維上也要謹慎，俗話說得好，“使用越簡單底層越復雜”，啟動搭建是很方便，使用時面對帶寬消耗，數據傾斜等等具體問題時，還需人工介入，或者研究合適的配置參數。
結尾
趣談
在寫“主從”方案的時候，發現有一個有趣的事情：
筆者開始是記得主從的關鍵命令是SLAVEOF，后來查閱官方的時候，發現命令已經更改為REPLICAOF，雖然SLAVEOF還能用。
官網的一些描述詞匯，有的地方還是Slave，也有些是用Replication。
好奇的筆者查了一下相關的資料，并看了些Redis作者antirez的有關此時博客，發現已經是兩年前的事情了。
其實就是“Slave”這個變量名給了一些人機會，借此“噴”了一波作者，作者也做出了一部分妥協。
有興趣的盆友可以自己搜搜看，技術外的東西就不做評價了，看個樂呵就行。
筆者的主要目的還是：看官方文檔的時候，別讓不同的“詞匯”迷惑了。
END
本文對Redis這些拓展方案都作出了大致描述。
具體使用上，還需留意詳細配置，以及客戶端支持等綜合情況來考量。
