Redis分片是什么

這篇文章主要介紹了Redis分片是什么，具有一定借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下。希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲。下面讓小編帶著大家一起了解一下。

1 分片何用

Redis 的分片承擔(dān)著兩個(gè)主要目標(biāo)：

? 允許使用很多電腦的內(nèi)存總和來支持更大的數(shù)據(jù)庫。沒有分片，你就被局限于單機(jī)能支持的內(nèi)存容量。

? 允許伸縮計(jì)算能力到多核或多服務(wù)器，伸縮網(wǎng)絡(luò)帶寬到多服務(wù)器或多網(wǎng)絡(luò)適配器。

2 分片基礎(chǔ)

有很多不同的分片標(biāo)準(zhǔn)(criteria).

假想我們有 4 個(gè) Redis 實(shí)例 R0，R1，R2，R3，還有很多表示用戶的鍵，像 user:1，user:2，… 等等，我們能找到不同的方式來選擇一個(gè)指定的鍵存儲在哪個(gè)實(shí)例中。換句話說，有許多不同的辦法來映射一個(gè)鍵到一個(gè)指定的 Redis 服務(wù)器。

最簡單的執(zhí)行分片的方式之一是范圍分片(range partitioning)，通過映射對象的范圍到指定的 Redis 實(shí)例來完成分片。例如，我可以假設(shè)用戶從 ID 0 到 ID 10000 進(jìn)入實(shí)例 R0，用戶從 ID 10001 到 ID 20000 進(jìn)入實(shí)例 R1.

這套辦法行得通，并且事實(shí)上在實(shí)踐中被采用，然而，這有一個(gè)缺點(diǎn)，就是需要一個(gè)映射范圍到實(shí)例的表格.

這張表需要管理，不同類型的對象都需要一個(gè)表，所以范圍分片在 Redis 中常常并不可取，因?yàn)檫@要比其他分片可選方案低效得多。

一種范圍分片的替代方案是哈希分片(hash partitioning).

這種模式適用于任何鍵，不需要鍵像 object_name: 這樣的餓形式，就像這樣簡單

? 使用一個(gè)哈希函數(shù)(例如，crc32 哈希函數(shù)) 將鍵名轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字。例如，如果鍵是 foobar，crc32(foobar)將會輸出類似于 93024922 的東西。

? 對這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行取模運(yùn)算，以將其轉(zhuǎn)換為一個(gè) 0 到 3 之間的數(shù)字，這樣這個(gè)數(shù)字就可以映射到我的 4 臺 Redis 實(shí)例之一。93024922 模 4 等于 2，所以我知道我的鍵 foobar 應(yīng)當(dāng)存儲到 R2 實(shí)例。注意：取模操作返回除法操作的余數(shù)，在許多編程語言總實(shí)現(xiàn)為%操作符。

有許多其他的方式可以分片，從這兩個(gè)例子中你就可以知道了。一種哈希分片的高級形式稱為一致性哈希(consistent hashing)，被一些 Redis 客戶端和代理實(shí)現(xiàn)。

3 分片實(shí)現(xiàn)(理論)

分片可由軟件棧中的不同部分來承擔(dān)。

? 客戶端分片(Client side partitioning)

客戶端直接選擇正確的節(jié)點(diǎn)來寫入和讀取指定鍵,許多 Redis 客戶端實(shí)現(xiàn)了客戶端分片.

? 代理協(xié)助分片(Proxy assisted partitioning)

我們的客戶端發(fā)送請求到一個(gè)可以理解 Redis 協(xié)議的代理上.而不是直接發(fā)送請求到 Redis 實(shí)例上.

代理會根據(jù)配置好的分片模式,來保證轉(zhuǎn)發(fā)我們的請求到正確的 Redis 實(shí)例,并返回響應(yīng)給客戶端.

Redis 和 Memcached 的代理 Twemproxy 實(shí)現(xiàn)了代理協(xié)助的分片.

? 查詢路由(Query routing)

你可以發(fā)送你的查詢到一個(gè)隨機(jī)實(shí)例，這個(gè)實(shí)例會保證轉(zhuǎn)發(fā)你的查詢到正確的節(jié)點(diǎn).

Redis 集群在客戶端的幫助下，實(shí)現(xiàn)了查詢路由的一種混合形式 (請求不是直接從 Redis 實(shí)例轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)，而是客戶端收到重定向到正確的節(jié)點(diǎn)).

4 分片缺點(diǎn)

Redis 的一些特性與分片在一起時(shí)玩的不是很好

? 涉及多個(gè)鍵的操作通常不支持。例如，你不能對映射在兩個(gè)不同 Redis 實(shí)例上的鍵執(zhí)行交集(事實(shí)上有辦法做到，但不是直接這么干).

? 涉及多個(gè)鍵的事務(wù)不能使用

? 分片的粒度(granularity)是鍵，所以不能使用一個(gè)很大的鍵來分片數(shù)據(jù)集，例如一個(gè)很大的有序集合

? 當(dāng)使用了分片，數(shù)據(jù)處理變得更復(fù)雜，例如，你需要處理多個(gè) RDB/AOF 文件，備份數(shù)據(jù)時(shí)你需要聚合多個(gè)實(shí)例和主機(jī)的持久化文件

? 添加和刪除容量也很復(fù)雜。例如，Redis 集群具有運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)添加和刪除節(jié)點(diǎn)的能力來支持透明地再均衡數(shù)據(jù)，但是其他方式，像客戶端分片和代理都不支持這個(gè)特性。但是，有一種稱為預(yù)分片(Presharding)的技術(shù)在這一點(diǎn)上能幫上忙。

5 存儲 OR 緩存

盡管無論是將 Redis 作為數(shù)據(jù)存儲還是緩存，Redis 的分片概念上都是一樣的，但是作為數(shù)據(jù)存儲時(shí)有一個(gè)重要的局限。當(dāng) Redis 作為數(shù)據(jù)存儲時(shí)，一個(gè)給定的鍵總是映射到相同的 Redis 實(shí)例。當(dāng) Redis 作為緩存時(shí)，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)不可用而使用另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這并不是一個(gè)什么大問題，按照我們的愿望來改變鍵和實(shí)例的映射來改進(jìn)系統(tǒng)的可用性(就是系統(tǒng)回復(fù)我們查詢的能力)。

一致性哈希實(shí)現(xiàn)常常能夠在指定鍵的首選節(jié)點(diǎn)不可用時(shí)切換到其他節(jié)點(diǎn)。類似的，如果你添加一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，部分?jǐn)?shù)據(jù)就會開始被存儲到這個(gè)新節(jié)點(diǎn)上。

這里的主要概念如下：

? 如果 Redis 用作緩存，使用一致性哈希來來實(shí)現(xiàn)伸縮擴(kuò)展(scaling up and down)是很容易的。

? 如果 Redis 用作存儲，使用固定的鍵到節(jié)點(diǎn)的映射，所以節(jié)點(diǎn)的數(shù)量必須固定不能改變。否則，當(dāng)增刪節(jié)點(diǎn)時(shí)，就需要一個(gè)支持再平衡節(jié)點(diǎn)間鍵的系統(tǒng)，當(dāng)前只有 Redis 集群可以做到這一點(diǎn).

6 預(yù)分片

我們已經(jīng)知道分片存在的一個(gè)問題，除非我們使用 Redis 作為緩存，增加和刪除節(jié)點(diǎn)是一件很棘手的事情，使用固定的鍵和實(shí)例映射要簡單得多。

然而，數(shù)據(jù)存儲的需求可能一直在變化。今天我可以接受 10 個(gè) Redis 節(jié)點(diǎn)(實(shí)例)，但是明天我可能就需要 50 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

因?yàn)?Redis 只有相當(dāng)少的內(nèi)存占用且輕量級(一個(gè)空閑的實(shí)例只是用 1MB 內(nèi)存)，一個(gè)簡單的解決辦法是一開始就開啟很多的實(shí)例。即使你一開始只有一臺服務(wù)器，你也可以在第一天就決定生活在分布式的世界里，使用分片來運(yùn)行多個(gè) Redis 實(shí)例在一臺服務(wù)器上。

你一開始就可以選擇很多數(shù)量的實(shí)例。例如，32 或者 64 個(gè)實(shí)例能滿足大多數(shù)的用戶，并且為未來的增長提供足夠的空間。

這樣，當(dāng)你的數(shù)據(jù)存儲需要增長，你需要更多的 Redis 服務(wù)器，你要做的就是簡單地將實(shí)例從一臺服務(wù)器移動(dòng)到另外一臺。當(dāng)你新添加了第一臺服務(wù)器，你就需要把一半的 Redis 實(shí)例從第一臺服務(wù)器搬到第二臺，如此等等。

使用 Redis 復(fù)制，你就可以在很小或者根本不需要停機(jī)時(shí)間內(nèi)完成移動(dòng)數(shù)據(jù)：

? 在你的新服務(wù)器上啟動(dòng)一個(gè)空實(shí)例。

? 移動(dòng)數(shù)據(jù)，配置新實(shí)例為源實(shí)例的從服務(wù)。

? 停止你的客戶端。

? 更新被移動(dòng)實(shí)例的服務(wù)器 IP 地址配置。

? 向新服務(wù)器上的從節(jié)點(diǎn)發(fā)送 SLAVEOF NO ONE 命令。

? 以新的更新配置啟動(dòng)你的客戶端。

? 最后關(guān)閉掉舊服務(wù)器上不再使用的實(shí)例。

7 分片實(shí)現(xiàn)(實(shí)踐)

到目前為止，我們從理論上討論了 Redis 分片，但是實(shí)踐情況如何呢？你應(yīng)該使用什么系統(tǒng)呢？

7.1 Redis 集群

Redis 集群是自動(dòng)分片和高可用的首選方式.

一旦 Redis 集群可用，以及支持 Redis 集群的客戶端可用，Redis 集群將會成為 Redis 分片的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

Redis 集群是查詢路由和客戶端分片的混合模式。

7.2 Twemproxy

Twemproxy 是 Twitter 開發(fā)的一個(gè)支持 Memcached ASCII 和 Redis 協(xié)議的代理。它是單線程的，由 C 語言編寫，運(yùn)行非常的快?；?Apache 2.0 許可的開源項(xiàng)目。

Twemproxy 支持自動(dòng)在多個(gè) Redis 實(shí)例間分片，如果節(jié)點(diǎn)不可用時(shí)，還有可選的節(jié)點(diǎn)排除支持(這會改變鍵和實(shí)例的映射，所以你應(yīng)該只在將 Redis 作為緩存是才使用這個(gè)特性)。

這并不是單點(diǎn)故障(single point of failure)，因?yàn)槟憧梢詥?dòng)多個(gè)代理，并且讓你的客戶端連接到第一個(gè)接受連接的代理。

從根本上說，Twemproxy 是介于客戶端和 Redis 實(shí)例之間的中間層，這就可以在最下的額外復(fù)雜性下可靠地處理我們的分片。這是當(dāng)前建議的處理 Redis 分片的方式.

7.3 支持一致性哈希的客戶端

Twemproxy 之外的可選方案，是使用實(shí)現(xiàn)了客戶端分片的客戶端，通過一致性哈?；蛘邉e的類似算法。有多個(gè)支持一致性哈希的 Redis 客戶端，例如 Redis-rb 和 Predis。

請查看完整的 Redis 客戶端列表，看看是不是有支持你的編程語言的，并實(shí)現(xiàn)了一致性哈希的成熟客戶端。

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