#Redis分布式缓存# ——4.Redis分片集群
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需求：向集群中添加一个新的master节点，并向其中存储 num = 10
1.我们要将num存储到7004节点，因此需要先看看num的插槽是多少：
2.我们可以将0~3000的插槽从7001转移到7004，命令格式如下：
4. 得到下面的反馈：询问要移动多少个插槽，我们计划是3000个
5.最后查看7001 的集群状态，发现没有7004，说明成功：
4.分片集群
主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。但是依然有两个问题没有解决：
海量数据存储问题
高并发写的问题
使用分片集群可以解决上述问题，如图:
分片集群特征：
集群中有多个master，每个master保存不同数据
每个master都可以有多个slave节点
master之间通过ping监测彼此健康状态
客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会被转发到正确节点
4.1搭建分片集群
4.1.1.集群结构
分片集群需要的节点数量较多，这里我们搭建一个最小的分片集群，包含3个master节点，每个master包含一个slave节点，结构如下：
这里我们会在同一台虚拟机中开启6个redis实例，模拟分片集群，信息如下：
| IP | PORT | 角色 |
|---|---|---|
| 192.168.150.101 | 7001 | master |
| 192.168.150.101 | 7002 | master |
| 192.168.150.101 | 7003 | master |
| 192.168.150.101 | 8001 | slave |
| 192.168.150.101 | 8002 | slave |
| 192.168.150.101 | 8003 | slave |
4.1.2.准备实例和配置
删除之前的7001、7002、7003这几个目录，重新创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录：
# 进入/tmp目录
cd /usr/local/src/
# 删除旧的，避免配置干扰
rm -rf 7001 7002 7003
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003
注意：这里自己要仔细看一下之前的7001，7002 ，7003 后台启动的redis一定要关闭，否者后面无法成功创建集群。因为占用了端口
在/tmp下准备一个新的redis.conf文件，内容如下：
port 6379
# 开启集群功能
cluster-enabled yes
# 集群的配置文件名称，不需要我们创建，由redis自己维护
cluster-config-file /usr/local/src/6379/nodes.conf
# 节点心跳失败的超时时间
cluster-node-timeout 5000
# 持久化文件存放目录
dir /usr/local/src/6379
# 绑定地址
bind 0.0.0.0
# 让redis后台运行
daemonize yes
# 注册的实例ip
replica-announce-ip 192.168.200.140
# 保护模式
protected-mode no
# 数据库数量
databases 1
# 日志
logfile /usr/local/src/6379/run.log将这个文件拷贝到每个目录下 ：
# 进入/tmp目录
cd /usr/local/src
# 执行拷贝
echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf修改每个目录下的redis.conf，将其中的6379修改为与所在目录一致：
# 进入/tmp目录
cd /usr/local/src
# 修改配置文件
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t sed -i 's/6379/{}/g' {}/redis.conf
4.1.3.启动
因为已经配置了后台启动模式，所以可以直接启动服务：
# 进入/tmp目录
cd /usr/local/src
# 一键启动所有服务
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf
通过ps查看状态：
ps -ef | grep redis
如果要关闭所有进程， 可以执行命令：
printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown
或者 ：
使用 lsof 或 netstat 命令查看 7001 端口的使用情况（以 lsof 为例）：
# 安装 lsof（若未安装）
yum install -y lsof # CentOS
apt-get install -y lsof # Ubuntu# 查看 7001 端口被哪个进程占用
lsof -i :7001#使用
kill命令强制终止进程（替换PID为实际值）：kill -9 1234 # 替换为你的 PID
4.1.4.创建集群
虽然服务启动了，但是目前每个服务之间都是独立的，没有任何关联。
我们需要执行命令来创建集群，在Redis5.0之前创建集群比较麻烦，5.0之后集群管理命令都集成到了redis-cli中。
1）Redis5.0之前（了解）
Redis5.0之前集群命令都是用redis安装包下的src/redis-trib.rb来实现的。因为redis-trib.rb是有ruby语言编写的所以需要安装ruby环境。
# 安装依赖
yum -y install zlib ruby rubygems
gem install redis
然后通过命令来管理集群：
# 进入redis的src目录
cd /tmp/redis-6.2.4/src
# 创建集群
./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.150.101:7001 192.168.150.101:7002 192.168.150.101:7003 192.168.150.101:8001 192.168.150.101:8002 192.168.150.101:8003
2）Redis5.0以后（重点）
我们使用的是Redis6.2.4版本，集群管理以及集成到了redis-cli中，格式如下：
redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.200.140:7001 192.168.200.140:7002 192.168.200.140:7003 192.168.200.140:8001 192.168.200.140:8002 192.168.200.140:8003
命令说明：
redis-cli --cluster或者./redis-trib.rb：代表集群操作命令
create：代表是创建集群
--replicas 1或者--cluster-replicas 1：指定集群中每个master的副本个数为1，此时节点总数 ÷ (replicas + 1)得到的就是master的数量。因此节点列表中的前n个就是master，其它节点都是slave节点，随机分配到不同master
运行后的样子：
这里输入yes，则集群开始创建： 
通过命令可以查看集群状态： 
4.5.测试
尝试连接7001节点，存储一个数据：
注意：
#集群操作时，需要给
redis-cli加上-c参数才可以：
redis-cli -c -p 7001
# 存储数据
set num 123
# 读取数据
get num
# 再次存储
set a 1
这次可以了： 
4.2.散列插槽
4.2.1.插槽原理
Redis会把每一个master节点映射到0~16383共16384个插槽（hash slot）上，查看集群信息时就能看到：
数据key不是与节点绑定，而是与插槽绑定。redis会根据key的有效部分计算插槽值，分两种情况：
包含"{}"：
key中包含"{}"，且“{}”中至少包含1个字符，“{}”中的部分是有效部分
不包含“{}”：
key中不包含“{}”，整个key都是有效部分
例如：key是num，那么就根据num计算，如果是{itcast}num，则根据itcast计算。计算方式是利用CRC16算法得到一个hash值，然后对16384取余，得到的结果就是slot值。
4.2.1.小结
Redis如何判断某个key应该在哪个实例？
将16384个插槽分配到不同的实例
根据key的有效部分计算哈希值，对16384取余
余数作为插槽，寻找插槽所在实例即可
如何将同一类数据固定的保存在同一个Redis实例？
这一类数据使用相同的有效部分，例如key都以{typeId}为前缀
实例：
这里二者的有效部分相同，所以都在同一个实例里面。
4.3.集群伸缩
redis-cli --cluster提供了很多操作集群的命令，可以通过下面方式查看：
比如，添加节点的命令： 
4.3.1.需求分析
需求：向集群中添加一个新的master节点，并向其中存储 num = 10
启动一个新的redis实例，端口为7004
添加7004到之前的集群，并作为一个master节点
给7004节点分配插槽，使得num这个key可以存储到7004实例
这里需要两个新的功能：
添加一个节点到集群中
将部分插槽分配到新插槽
4.3.2.创建新的redis实例
1.创建一个文件夹：
mkdir 7004
2.拷贝配置文件：
cp redis.conf /7004
3.修改配置文件：
sed /s/6379/7004/g 7004/redis.conf
4.启动
redis-server 7004/redis.conf
4.3.3.添加新节点到redis
添加节点的语法如下：
1.执行命令：
redis-cli --cluster add-node 192.168.200.140:7004 192.168.200.140:7001
2.通过命令查看集群状态：
redis-cli -p 7001 cluster nodes
如图，7004加入了集群，并且默认是一个master节点： 
但是，可以看到7004节点的插槽数量为0，因此没有任何数据可以存储到7004上
4.3.4.转移插槽
1.我们要将num存储到7004节点，因此需要先看看num的插槽是多少：
2.我们可以将0~3000的插槽从7001转移到7004，命令格式如下：
3.具体命令如下：对7001进行分片
4. 得到下面的反馈：询问要移动多少个插槽，我们计划是3000个
4.那个node来接收这些插槽？？
5. 显然是7004，那么7004节点的id是多少呢？
6.复制这个id，然后拷贝到刚才的控制台后： 
这里询问，你的插槽是从哪里移动过来的？
-
all：代表全部，也就是三个节点各转移一部分
-
具体的id：目标节点的id
-
done：没有了
7.从7001获取，因此填写7001的id：
8. 填完后，点击done，这样插槽转移就准备好了：
9.确认要转移吗？输入yes：
10. 通过命令查看结果：
可以看到7004分配了300个卡槽：
4.3.4删除集群中的节点
将7004的卡槽转移到7001，在将7001 删除
1.删除节点的语法如下：
2.对7001节点进行分片
3.继续进行：
4. 输入yes:
5.最后查看7001 的集群状态，发现没有7004，说明成功：
4.4.故障转移
集群初识状态是这样的：
其中7001、7002、7003都是master，我们计划让7002宕机。
4.4.1.自动故障转移
当集群中有一个master宕机会发生什么呢？
直接停止一个redis实例，例如7002：
redis-cli -p 7002 shutdown
1）首先是该实例与其它实例失去连接
2）然后是疑似宕机：
3）最后是确定下线，自动提升一个slave为新的master： 
4）当7002再次启动，就会变为一个slave节点了： 
4.4.2.手动故障转移
利用cluster failover命令可以手动让集群中的某个master宕机，切换到执行cluster failover命令的这个slave节点，实现无感知的数据迁移。其流程如下：
这种failover命令可以指定三种模式：
缺省：默认的流程，如图1~6歩（常用的）
force：省略了对offset的一致性校验
takeover：直接执行第5歩，忽略数据一致性、忽略master状态和其它master的意见
案例需求：
在7002这个slave节点执行手动故障转移，重新夺回master地位
步骤如下：
1）利用redis-cli连接7002这个节点
2）执行cluster failover命令
如图：
效果： 
4.5.RedisTemplate访问分片集群
RedisTemplate底层同样基于lettuce实现了分片集群的支持，而使用的步骤与哨兵模式基本一致：
1）引入redis的starter依赖
2）配置分片集群地址
3）配置读写分离
与哨兵模式相比，其中只有分片集群的配置方式略有差异，如下：
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