PHP `Redis Sentinel` / `Redis Cluster` 高可用与数据分片

各位朋友，大家好！我是你们的老朋友，今天咱们聊聊PHP玩转Redis Sentinel和Redis Cluster，让你的数据高可用又快如闪电！准备好了吗？咱们开始！

开场白：单身Redis的烦恼

话说，很久很久以前（其实也没多久），有个单身Redis，它孤零零地处理着所有的请求。一开始还好，访问量不大，它还能应付。但随着业务发展，访问量蹭蹭蹭地往上涨，单身Redis开始吃不消了，CPU爆满，内存告急，甚至偶尔还会罢工！这就好比一个人干十个人的活，不累死才怪！

这时候，我们就需要考虑Redis的高可用和数据分片方案了。 就像结婚生子，让Redis不再孤单，还能分担压力。

第一部分：Redis Sentinel——给Redis找个保镖

单身Redis容易出问题，那我们就给它找几个保镖，时刻盯着它，这就是Redis Sentinel。

1. 什么是Redis Sentinel？

Redis Sentinel是一个高可用解决方案，它主要负责以下三个任务：

• 监控(Monitoring)： Sentinel会不断地检查你的Redis master和slave是否正常运行。
• 提醒(Notification)： 当被监控的某个Redis实例出现问题时，Sentinel可以通过API向管理员或者其他应用程序发送通知。
• 自动故障转移(Automatic failover)： 当一个master不能正常工作时，Sentinel会开始自动故障转移过程，它会将一个slave提升为新的master，并且更新所有其他的slave使用新的master，同时通知应用程序新的master地址。

简单来说，Sentinel就是一群监工，时刻盯着Redis主节点，一旦发现主节点挂了，立刻选出一个备胎上位，保证服务不中断。

2. Sentinel的工作原理

Sentinel集群由多个Sentinel节点组成，它们之间通过Gossip协议进行通信。Sentinel节点会定期向Redis节点发送PING命令，以检测Redis节点的健康状态。

当Sentinel节点发现Redis主节点不可用时，会通过投票选举出一个新的主节点。选举过程遵循以下原则：

• quorum（法定人数）： 只有超过一半的Sentinel节点认为主节点不可用时，才会进行故障转移。
• 优先级： Sentinel会优先选择优先级较高的slave节点作为新的主节点。
• 复制偏移量： Sentinel会选择复制偏移量最大的slave节点作为新的主节点，以保证数据完整性。
• 选举轮次： Sentinel会通过选举轮次来避免脑裂问题。

3. 配置Redis Sentinel

假设我们有三个Sentinel节点，一个Redis master节点和两个Redis slave节点。

• redis.conf (master)

port 6379
protected-mode no

• redis.conf (slave1)

port 6380
replicaof 127.0.0.1 6379
protected-mode no

• redis.conf (slave2)

port 6381
replicaof 127.0.0.1 6379
protected-mode no

• sentinel.conf (sentinel1)

port 26379
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
sentinel parallel-syncs mymaster 1
protected-mode no

• sentinel.conf (sentinel2)

port 26380
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
sentinel parallel-syncs mymaster 1
protected-mode no

• sentinel.conf (sentinel3)

port 26381
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
sentinel parallel-syncs mymaster 1
protected-mode no

配置解释:

• sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2: 监控名为mymaster的主节点，IP地址为127.0.0.1，端口为6379。2表示至少需要2个Sentinel节点同意主节点不可用才会进行故障转移。
• sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000: 主节点在5000毫秒内没有响应PING命令，Sentinel会认为主节点不可用。
• sentinel failover-timeout mymaster 60000: 故障转移超时时间为60000毫秒。
• sentinel parallel-syncs mymaster 1: 在故障转移后，最多允许1个slave节点同时同步数据。

4. PHP中使用Redis Sentinel

首先，你需要安装Predis库或者phpredis扩展。这里以Predis为例：

composer require predis/predis

<?php

require 'vendor/autoload.php';

use PredisClient;

// Sentinel节点地址
$sentinels = [
    ['host' => '127.0.0.1', 'port' => 26379],
    ['host' => '127.0.0.1', 'port' => 26380],
    ['host' => '127.0.0.1', 'port' => 26381],
];

// Redis master名称
$masterName = 'mymaster';

// 创建Redis Sentinel客户端
$client = new PredisClient([
    'scheme' => 'tcp',
    'host'   => $sentinels,
    'port'   => 26379, //随便一个 Sentinel 端口
    'options' => [
        'replication' => 'sentinel',
        'service' => $masterName,
    ],
]);

try {
    // 连接Redis
    $client->connect();

    // 设置键值对
    $client->set('foo', 'bar');

    // 获取键值对
    $value = $client->get('foo');

    echo "Value of foo: " . $value . PHP_EOL;

} catch (Exception $e) {
    echo "Error: " . $e->getMessage() . PHP_EOL;
} finally {
   // $client->disconnect(); // 别手动断开，Sentinel会帮你管理连接
}

代码解释：

• $sentinels: Sentinel节点地址数组。
• $masterName: Redis master名称。
• 'replication' => 'sentinel': 告诉Predis使用Sentinel模式。
• 'service' => $masterName: 指定要连接的Redis master名称。

注意: 在使用Sentinel模式时，不需要手动断开连接，Sentinel会自动管理连接。

5. Sentinel的优点和缺点

• 优点：
  • 高可用性：当主节点挂了，Sentinel会自动进行故障转移。
  • 简单易用：配置简单，容易上手。
• 缺点：
  • 仍然是单主节点：所有写操作都必须通过主节点，存在单点写入瓶颈。
  • 数据一致性：在故障转移期间，可能会存在数据丢失的风险。

第二部分：Redis Cluster——让Redis组成军团

Sentinel解决了高可用问题，但单主节点的写入瓶颈依然存在。这时候，我们需要Redis Cluster，让Redis组成一个军团，共同承担压力！

1. 什么是Redis Cluster？

Redis Cluster是一个分布式、高可用的Redis解决方案。它将数据分散存储在多个Redis节点上，每个节点负责一部分数据的读写操作。

Redis Cluster的核心特性：

• 数据分片： 将数据分成多个片段，存储在不同的节点上。
• 自动故障转移： 当某个节点挂了，Cluster会自动将该节点的数据迁移到其他节点上。
• 可扩展性： 可以动态地添加或删除节点，从而实现水平扩展。

2. Redis Cluster的工作原理

Redis Cluster使用哈希槽(Hash Slot)来实现数据分片。它将整个数据集划分为16384个槽，每个节点负责一部分槽。

当客户端要读取或写入数据时，Redis会根据键的哈希值计算出对应的槽，然后将请求发送到负责该槽的节点。

哈希槽的计算公式：slot = CRC16(key) % 16384

3. 配置Redis Cluster

至少需要6个节点才能构成一个可用的Cluster，这里我们配置6个节点。

• redis.conf (node1 – node6)

port 7000 # 7001, 7002, 7003, 7004, 7005
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 15000
appendonly yes
protected-mode no

配置解释：

• cluster-enabled yes: 启用Cluster模式。
• cluster-config-file nodes.conf: Cluster配置文件，记录节点信息。
• cluster-node-timeout 15000: 节点超时时间为15000毫秒。
• appendonly yes: 开启AOF持久化。

4. 创建Redis Cluster

启动所有Redis节点后，使用redis-cli工具创建Cluster。

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

命令解释：

• --cluster create: 创建Cluster。
• --cluster-replicas 1: 每个主节点有一个从节点。

执行命令后，redis-cli会提示你输入yes确认创建Cluster。

5. PHP中使用Redis Cluster

同样，你需要安装Predis库或者phpredis扩展。这里以Predis为例：

composer require predis/predis

<?php

require 'vendor/autoload.php';

use PredisClient;

// Redis Cluster节点地址
$clusterNodes = [
    ['host' => '127.0.0.1', 'port' => 7000],
    ['host' => '127.0.0.1', 'port' => 7001],
    ['host' => '127.0.0.1', 'port' => 7002],
    ['host' => '127.0.0.1', 'port' => 7003],
    ['host' => '127.0.0.1', 'port' => 7004],
    ['host' => '127.0.0.1', 'port' => 7005],
];

// 创建Redis Cluster客户端
$client = new PredisClient($clusterNodes, ['cluster' => 'redis']);

try {
    // 连接Redis Cluster
    $client->connect();

    // 设置键值对
    $client->set('foo', 'bar');

    // 获取键值对
    $value = $client->get('foo');

    echo "Value of foo: " . $value . PHP_EOL;

    // 使用哈希标签
    $client->set('{user:1000}:name', 'John');
    $client->set('{user:1000}:age', 30);

    echo "Name: " . $client->get('{user:1000}:name') . PHP_EOL;
    echo "Age: " . $client->get('{user:1000}:age') . PHP_EOL;

} catch (Exception $e) {
    echo "Error: " . $e->getMessage() . PHP_EOL;
} finally {
    $client->disconnect();
}

代码解释：

• $clusterNodes: Redis Cluster节点地址数组。
• ['cluster' => 'redis']: 告诉Predis使用Cluster模式。
• 哈希标签(Hash Tag)： 使用{}包裹键的一部分，可以保证具有相同哈希标签的键会被分配到同一个槽，从而存储在同一个节点上。例如，{user:1000}:name和{user:1000}:age都会被分配到同一个节点，方便进行原子操作。

6. Redis Cluster的优点和缺点

• 优点：
  • 高可用性：当某个节点挂了，Cluster会自动进行故障转移。
  • 可扩展性：可以动态地添加或删除节点，从而实现水平扩展。
  • 高性能：数据分散存储在多个节点上，可以并发处理请求。
• 缺点：
  • 配置复杂：配置和管理比Sentinel复杂。
  • 数据一致性：在故障转移期间，可能会存在数据丢失的风险。
  • 不支持多键操作：不支持跨槽的多键操作，例如MGET和MSET。

第三部分：Sentinel vs Cluster：选哪个？

选择Sentinel还是Cluster，取决于你的业务需求：

特性	Redis Sentinel	Redis Cluster
高可用性	支持	支持
可扩展性	不支持水平扩展	支持水平扩展
性能	单主节点写入，存在瓶颈	多节点并发处理，性能更好
配置复杂度	简单	复杂
数据一致性	存在数据丢失风险	存在数据丢失风险
适用场景	数据量不大，对性能要求不高，配置简单的场景	数据量大，对性能要求高，需要水平扩展的场景
多键操作	支持	不支持跨槽的多键操作

总结：

• 如果你的数据量不大，对性能要求不高，只需要简单的高可用方案，那么Sentinel是一个不错的选择。
• 如果你的数据量很大，对性能要求很高，需要水平扩展，那么Cluster是更好的选择。

第四部分：最佳实践

• 监控： 无论使用Sentinel还是Cluster，都需要进行监控，及时发现和解决问题。
• 持久化： 开启AOF持久化，防止数据丢失。
• 备份： 定期备份数据，以防万一。
• 合理选择数据分片策略： 根据业务需求选择合适的数据分片策略，例如使用哈希标签。
• 避免大键： 尽量避免存储过大的键值对，以免影响性能。
• 了解你的数据： 了解你的数据访问模式，根据访问模式选择合适的Redis配置。

结束语：祝你玩转Redis！

好了，今天的分享就到这里。希望通过今天的讲解，大家能够对Redis Sentinel和Redis Cluster有一个更深入的了解，并能够根据自己的业务需求选择合适的方案。记住，技术是为业务服务的，选择最适合自己的才是最好的！

祝大家都能玩转Redis，让你的数据飞起来！谢谢大家！