Redis 高可用性：如何讓你的緩存一直在線，穩定運行？

🎯 引言：Redis的高可用性為啥這么重要？

在現代高可用系統中，Redis 是一款不可或缺的分布式緩存與數據庫系統。無論是提升訪問速度，還是實現數據的高效持久化，Redis 都能輕松搞定。可是，當你把 Redis 用于關鍵業務時，它的高可用性就顯得尤為重要。為了避免系統出現單點故障，保障業務連續性，我們需要有一套高可用架構來確保 Redis 的穩定運行。

今天，我們就一起來探討一下 Redis 高可用架構 的幾種實現方式，看看如何設計一套健壯的 Redis 高可用方案，保證我們的 Redis 緩存一直在線，穩定運行。

🛠? 1. Redis 主從復制：簡單的高可用方案

1.1 主從復制工作原理

Redis 主從復制（Master-Slave Replication）是 Redis 實現高可用性最基礎的方案之一。在這種架構中，你會有一個主節點（Master）和一個或多個從節點（Slave）。主節點負責處理寫操作和數據更新，而從節點則負責從主節點同步數據并進行只讀操作。

當主節點發生故障時，可以將某個從節點提升為主節點（手動或自動），確保系統的持續可用。

主從復制基本架構

主節點（Master） ：處理所有的寫操作（如SET、DEL等命令）。
從節點（Slave） ：只處理讀操作（如GET命令），并定期從主節點同步數據。

主從復制工作流程

（1）初始同步

當從節點（Slave）首次啟動并連接到主節點時，它需要將主節點的數據完全同步過來。這個過程稱為“全量同步”。

從節點連接主節點：從節點向主節點發起連接請求。
主節點進行快照（RDB） ：主節點執行 SAVE 或 BGSAVE 命令，將當前的內存數據（RDB 快照）保存到磁盤。
從節點復制快照：主節點將保存的數據發送給從節點，從節點將數據寫入本地數據庫。
建立同步通道：從節點在完成全量同步后，開始監聽主節點的變更。

（2）增量同步

從節點已經有了主節點的數據快照后，接下來的數據同步就是增量同步，只同步主節點上的變更數據。

主節點記錄變更操作：主節點每處理一個寫操作（如SET、DEL），會將這個操作寫入復制日志（replication log）中。
主節點發送變更命令給從節點：主節點將增量變更命令發送到所有的從節點。
從節點執行命令：從節點收到變更命令后，會在本地執行這些命令，保證數據的一致性。

（3）斷線恢復

如果從節點與主節點的連接丟失，Redis 會進行斷線恢復：

當從節點重新連接到主節點時，Redis 會判斷是進行全量同步還是增量同步。如果從節點沒有數據快照，它會進行全量同步；如果有數據快照，則會通過增量同步方式進行恢復。

主從復制的特點

只讀模式：從節點默認只能進行讀取操作（GET），不接受寫操作。寫操作必須通過主節點執行。
延遲問題：由于從節點是從主節點獲取數據的，主節點的寫操作會有一定的延遲才會在從節點上看到。
數據一致性：主從復制是最終一致性的，意味著從節點上的數據不會立即與主節點同步一致，在數據變更時可能會有短暫的不一致狀態。

主從復制的優勢

提高可用性和可靠性：從節點可以用來分擔主節點的讀取壓力，還可以在主節點故障時迅速切換，保證服務的可用性。
數據備份：從節點可以作為主節點的備份，提供數據冗余，防止主節點數據丟失。
負載均衡：多個從節點可以分擔讀取請求，從而降低主節點的負載。

主從復制使用場景

高可用架構：當主節點出現故障時，可以通過從節點提升一個新的主節點來實現故障切換。
讀寫分離：主節點處理寫操作，從節點處理讀操作，優化性能。
數據冗余：從節點可以作為數據的備份，一旦主節點出現問題，可以快速恢復數據。

1.2 主從復制搭建步驟

1、Redis 環境準備

下載安裝Redis
本次演示使用的版本是6.2.7版本（并且在本機環境模擬3個redis示例演示）
進行Redis目錄下創建 redis-cluster （mkdir redis-cluster）
復制原有redis.conf新建3個配置文件 redis-6379.conf redis-6380.conf redis-6381.conf
將配置文件放置到redis-cluster目錄下

編輯主節點（redis-6379.conf），主要修改以下配置項

port 6379
bind 127.0.0.1
pidfile ./redis-cluster/redis-6379.pid
logfile ./redis-cluster/redis-6379.log
dir ./redis-cluster/data/redis-6379

編輯從節點（redis-6380.conf）

port 6380
bind 127.0.0.1
pidfile ./redis-cluster/redis-6380.pid
logfile ./redis-cluster/redis-6380.log
dir ./redis-cluster/data/redis-6380
replicaof 127.0.0.1 6379

編輯從節點（redis-6381.conf）

port 6381
bind 127.0.0.1
pidfile ./redis-cluster/redis-6381.pid
logfile ./redis-cluster/redis-6381.log
dir ./redis-cluster/data/redis-6381
replicaof 127.0.0.1 6379

配置完成，主要配置項說明：

port：每個 Redis 實例需要不同的端口。
pidfile：每個實例需要獨立的 PID 文件。
logfile：每個實例需要不同的日志文件。
replicaof：設置主從復制指定主節點。
dir：設置數據文件的存儲路徑。確保每個 Redis 實例的 dir 路徑存在（提前創建，用于存儲數據文件）

每個實例都需要不同的配置（特別是端口、PID 文件、日志文件和數據目錄），確保它們不會沖突。

2、啟動 Redis 實例

打開 命令終端
進入 Redis 所在的目錄

啟動3個實例

./src/redis-server ./redis-cluster/redis-6379.conf
./src/redis-server ./redis-cluster/redis-6380.conf
./src/redis-server ./redis-cluster/redis-6381.conf

檢查實例是否正常
你可以通過 redis cli 連接到每個實例，確認它們是否成功啟動。
檢查主從復制是否正常或者連接到主節點新增鍵值看同步是否成功
```
./src/redis-cli -p 6379 info replication
./src/redis-cli -p 6380 info replication
```
主節點

從節點

說明主從復制成功。

?? 2. Redis Sentinel：自動故障轉移的英雄

2.1 Redis Sentinel的工作原理

Redis Sentinel 是 Redis 提供的自動故障轉移系統。它監控 Redis 實例的健康狀況，一旦主節點發生故障，Sentinel 會自動將一個從節點提升為主節點，并更新所有從節點的信息，保證系統的高可用性。Sentinel 的作用不止于監控故障，它還可以提供自動故障轉移、配置發布以及客戶端連接的重定向。

哨兵部署架構

在這里插入圖片描述

1、監控：Sentinel 會不斷檢查 master 和 slave 是否按預期工作。
2、自動故障恢復：如果 master 故障，Sentinel 會將一個 slave 提升為 master，當故障實例恢復后也會安裝新的 master 為主節點。
3、通知：Sentinel 充當 Redis 客戶端的服務發現來源，當集群發生故障轉移時，會將最新節點信息推送給 Redis 客戶端。

哨兵集群監控原理

Sentinel 基于心跳機制監測服務狀態，每隔1秒向集群的每個實例發送ping命令：

主觀下線：如果某 Sentinel 節點發現某實例未在規定時間響應，則認為該實例主觀下線。
客觀下線：若超過指定數量（quorum）的 Sentinel 都認為該實例主觀下線，則該實例客觀下線。quorum 值最好超過 Sentinel 實例數量的一半。

在這里插入圖片描述

集群故障恢復原理

一旦發現 master 故障，Sentinel 需要在 salve 中選擇一個作為新的 master，選擇依據是這樣的：

首先會判斷 slave 節點與 master 節點斷開時間長短，如果超過指定值（downafter-milliseconds * 10）則會排除該 slave 節點
然后判斷 slave 節點的 slave-priority 值，越小優先級越高，如果是0則永不參與選舉
如果slave-priority一樣，則判斷 slave 節點的 offset 值，越大說明數據越新，優先級越高
最后是判斷slave節點的運行id 大小，越小優先級越高。

當選出一個新的 master 之后，該如何實現切換呢？
流程如下：

Sentinel給備選的 slave1 節點發送 slaveof no one 命令，讓該節點成為 master
Sentinel給所有其它 slave 發送 slaveof 127.0.0.1 6380 命令，讓這些 slave 成為新 master 的從節點，開始從新的 master 上同步數據。
最后，Sentinel 將故障節點標記為 slave，當故障節點恢復后會自動成為新的 master 的 slave 節點。

2.2 配置 Redis Sentinel（哨兵）

部署多個 Redis 實例后，配置 Redis Sentinel 以實現高可用性，可以通過以下步驟來完成。哨兵模式的主要功能是監控 Redis 主節點和從節點的狀態，并在主節點宕機時自動切換到從節點。

你已經有了多個 Redis 實例（例如6379 、 6380 、 6381）。
你希望配置 Sentinel 來監控這些實例，并在主節點宕機時進行自動故障轉移。

每個 Redis 哨兵都需要配置一個 sentinel.conf 文件來監控主節點。你可以創建多個 Sentinel 配置文件，并通過它們來監控 Redis 實例。

設置哨兵配置文件（sentinel.conf）內容如下：

port 26379
bind 127.0.0.1
pidfile "./redis-cluster/sentinel-26379/sentinel-26379.pid"
logfile "./redis-cluster/sentinel-26379/sentinel-26379.log"
dir "./redis-cluster/sentinel-26379"
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 10000
sentinel parallel-syncs mymaster 1

復制文件進行 26380 和 26381 哨兵的配置。

port 26380
bind 127.0.0.1
pidfile "./redis-cluster/sentinel-26380/sentinel-26380.pid"
logfile "./redis-cluster/sentinel-26380/sentinel-26380.log"
dir "./redis-cluster/sentinel-26380"
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6380 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 10000
sentinel parallel-syncs mymaster 1

sentinel monitor mymaster：這是 Sentinel 監控的主節點名稱，這里設置為 mymaster，并且指定了主節點的 IP 和端口（127.0.0.1 6379）。后面的數字 2 表示至少需要 2 個哨兵節點確認主節點宕機后，才會進行故障轉移。
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000：當主節點 5 秒沒有響應時，認為該節點宕機。
sentinel failover-timeout mymaster 10000：故障轉移的超時時間。
sentinel parallel-syncs mymaster 1：指定故障轉移時，最多有多少個從節點同步數據。

2.3 啟動 Redis Sentinel（哨兵）

你可以啟動多個 Sentinel 實例來提高容錯性。

./src/redis-sentinel ./redis-cluster/sentinel-26379.conf
./src/redis-sentinel ./redis-cluster/sentinel-26380.conf
./src/redis-sentinel ./redis-cluster/sentinel-26381.conf

驗證哨兵狀態查看是否發現主節點

./src/redis-cli -p 26379 sentinel masters

在這里插入圖片描述

查看從節點狀態
```
./src/redis-cli -p 26379 sentinel slaves mymaster
```
5. 搭建完成，這說明 Sentinel 已經自動發現并管理了從節點 🎯

2.4 哨兵模式連接Redis

在Sentinel集群監管下的Redis主從集群，其節點會因為自動故障轉移而發生變化，Redis的客戶端必須感知這種變化，及時更新連接信息。
客戶端應用程序應該使用RedisSentinel模式連接Redis，而不是直接固定的Redis的IP。我們可以直接通過哨兵獲取到當前的主節點IP。可以使用命令：

./src/redis-cli -p 26379 SENTINEL get-master-addr-by-name mymaster

在這里插入圖片描述

我們通過一個測試來實現Spring Boot實現集成哨兵機制。

Maven依賴

        <dependency><groupId>org.redisson</groupId><artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId><version>3.15.3</version></dependency>

配置文件添加配置項

spring:redis:sentinel:master: mymasternodes: 127.0.0.1:26379,127.0.0.1:26380,127.0.0.1:26381host: 127.0.0.1port: 6379database: 1 # 默認使用 0 庫password:

測試連接代碼

@Configuration
@AutoConfigureBefore({RedisAutoConfiguration.class, RedissonAutoConfiguration.class})
public class RedissonConfig {protected final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());@Value("${spring.redis.host}")private String host;@Value("${spring.redis.port}")private String port;@Value("${spring.redis.password}")private String password;@Value("${spring.redis.database}")private int database;@Value("${spring.redis.sentinel.master}")private String sentinelMaster;@Value("${spring.redis.sentinel.nodes}")private String sentinelNodes;@Value("${redisson.threads:4}")private int threads;@Value("${redisson.nettyThreads:5}")private int nettyThreads;@Value("${redisson.connectPoolSize:20}")private int connectPoolSize;@Value("${redisson.connectPoolIdleSize:5}")private int connectPoolIdleSize;@Value("${redisson.connectTimeout:10000}")private int connectTimeout;@Value("${redisson.retryAttempts:3}")private int retryAttempts;@Value("${redisson.retryInterval:1500}")private int retryInterval;@Value("${redisson.timeout:10000}")private int timeout;@Value("${redisson.pingConnectionInterval:30000}")private int pingConnectionInterval;@Bean(destroyMethod = "shutdown")@ConditionalOnMissingBean(RedissonClient.class)public RedissonClient redisson() throws IOException {Config config = new Config();int cpuCores = Runtime.getRuntime().availableProcessors();threads = (threads == 0 ? cpuCores * 2 : threads);nettyThreads = (nettyThreads == 0 ? cpuCores : nettyThreads);config.setThreads(threads);config.setNettyThreads(nettyThreads);config.setTransportMode(TransportMode.NIO);// 設置序列化（禁用class類型信息）config.setCodec(new SimpleRedisJsonCodec());if (StringUtils.isNotEmpty(sentinelMaster) && StringUtils.isNotEmpty(sentinelNodes)) {// 支持哨兵模式logger.info("RedissonClient init useSentinelServers");String[] sentinels = sentinelNodes.split(",");config.useSentinelServers().setMasterName(sentinelMaster).setDatabase(database).setPassword(StringUtils.isEmpty(password) ? null : password).setTimeout(timeout).addSentinelAddress(formatRedisUrls(sentinels));} else if (host.contains(",")) {// 集群模式logger.info("RedissonClient init useClusterServers");String[] clusterNodes = host.split(",");ClusterServersConfig cConfig = config.useClusterServers();for (String node : clusterNodes) {cConfig.addNodeAddress("redis://" + node + ":" + port);}cConfig.setPassword(password);cConfig.setMasterConnectionPoolSize(connectPoolSize);cConfig.setMasterConnectionMinimumIdleSize(connectPoolIdleSize);cConfig.setConnectTimeout(connectTimeout);cConfig.setRetryAttempts(retryAttempts);cConfig.setRetryInterval(retryInterval);cConfig.setTimeout(timeout);cConfig.setPingConnectionInterval(pingConnectionInterval);} else {// 單機模式logger.info("RedissonClient init useSingleServer");config.useSingleServer().setAddress("redis://" + host + ":" + port).setDatabase(database).setPassword(StringUtils.isEmpty(password) ? null : password).setConnectionPoolSize(connectPoolSize).setConnectionMinimumIdleSize(connectPoolIdleSize).setTimeout(timeout);}return Redisson.create(config);}/*** 格式化 Redis URL，確保前綴一致*/private String[] formatRedisUrls(String[] nodes) {return Arrays.stream(nodes).map(node -> node.startsWith("redis://") ? node : "redis://" + node).toArray(String[]::new);}
}

連接成功
在這里插入圖片描述

2.5 測試故障轉移

你可以通過停掉主節點（6379）來測試故障轉移的功能。停掉主節點后，Sentinel 會自動將從節點提升為新的主節點。

停止主節點（6379）
Sentinel 會檢測到主節點宕機，并自動執行故障轉移，將選擇一個從節點升級為新的主節點。你可以通過以下命令查看新的 Sentinel 的主節點。可以看到新的主節點已經變成6381。

	./src/redis-cli -p 26379 SENTINEL get-master-addr-by-name mymaster1) "127.0.0.1"2) "6381"

并且SpringBoot中自動感知到節點變化，業務可正常使用，不受到Redis節點宕掉的影響。
在這里插入圖片描述

自動化：Sentinel 自動監控 Redis 狀態，發生故障時，自動完成故障轉移。
高可用：Redis Sentinel 可以防止單點故障，增強系統的穩定性。

? 3. Redis Cluster：實現水平擴展和高可用性的終極武器

3.1 Redis Cluster的工作原理

Redis Cluster 是 Redis 3.0 引入的一個新特性，它可以實現水平擴展并且在多個節點之間分配數據。Redis Cluster 是基于分片的架構，數據會自動分布到不同的節點上。每個節點都有一個主節點和若干從節點組成的高可用集群。

當某個節點發生故障時，Redis Cluster 可以自動將從節點提升為主節點，繼續保持服務的可用性。同時，Cluster 支持 自動分片，即每個節點負責一部分數據。

3.2 Redis Cluster的搭建步驟

持續更新中…

🚀 4. 實際應用案例：如何實現生產環境中的 Redis 高可用架構

在實際生產環境中，Redis 的高可用架構設計需要根據具體的需求來選擇適合的方案。比如，對于需要高吞吐量和低延遲的場景，使用 Redis Cluster 是一個不錯的選擇；而對于一些中小型應用，可以選擇 Redis Sentinel 來確保故障自動切換。

4.1 使用 Redis Sentinel 實現高可用

部署 Redis 實例：設置主從節點，并在至少 3 個機器上運行 Redis。
配置 Sentinel：配置 Sentinel 進行監控和故障轉移。
自動切換：當主節點宕機時，Sentinel 自動將從節點提升為主節點。

4.2 使用 Redis Cluster 實現高可用

分配數據分片：將數據分配到多個 Redis 節點上，每個節點負責不同的數據分片。
設置集群：通過 redis-trib 工具來創建 Redis 集群。
監控集群狀態：使用 redis-cli 檢查集群狀態，確保節點間通信正常。

🔒 5. 結論：如何選擇合適的 Redis 高可用方案？

每個系統對 Redis 高可用性的需求都不盡相同，因此選擇合適的架構尤為重要：

小型系統：可以選擇 Redis 主從復制，設置少量的從節點來提升讀取性能。
中型系統：使用 Redis Sentinel 來實現自動故障轉移，并增加更多的監控和故障處理功能。
大型系統：對于大規模的應用，建議使用 Redis Cluster 進行分片存儲與水平擴展，并結合 Sentinel 進行高可用性保障。

通過了解 Redis 的高可用架構，結合實際業務需求來進行部署，我們就能避免系統因為 Redis 故障導致的業務中斷，提升整體系統的可靠性。

? 總結：Redis 緩存一直在線，穩定運行

Redis 的高可用性不僅關乎緩存系統的穩定性，更是支撐業務連續性的關鍵。通過選擇合適的高可用架構，我們可以讓 Redis 在系統故障時仍然堅挺不倒，保證業務流暢運行。

希望你通過這篇文章了解了 Redis 主從復制、Sentinel 和 Cluster 的不同高可用實現方式，找到適合自己的方案，確保 Redis 在高負載下仍能保持穩定運行！

🌟 你的支持是我持續創作的動力，歡迎點贊、收藏、分享！