redis 哨兵_深入學習Redis ：哨兵

前言

在 深入學習Redis(3)：主從複制 中曾提到，Redis主從複制的作用有資料熱備、負載均衡、故障恢複等；但主從複制存在的一個問題是故障恢複無法自動化。本文将要介紹的哨兵，它基于Redis主從複制，主要作用便是解決主節點故障恢複的自動化問題，進一步提高系統的高可用性。

文章主要内容如下：首先介紹哨兵的作用和架構；然後講述哨兵系統的部署方法，以及通過用戶端通路哨兵系統的方法；然後簡要說明哨兵實作的基本原理；最後給出關于哨兵實踐的一些建議。文章内容基于Redis 3.0版本。

一、作用和架構

1. 作用

在介紹哨兵之前，首先從宏觀角度回顧一下Redis實作高可用相關的技術。它們包括：持久化、複制、哨兵和叢集，其主要作用和解決的問題是：

• 持久化：持久化是最簡單的高可用方法(有時甚至不被歸為高可用的手段)，主要作用是資料備份，即将資料存儲在硬碟，保證資料不會因程序退出而丢失。
• 複制：複制是高可用Redis的基礎，哨兵和叢集都是在複制基礎上實作高可用的。複制主要實作了資料的多機備份，以及對于讀操作的負載均衡和簡單的故障恢複。缺陷：故障恢複無法自動化；寫操作無法負載均衡；存儲能力受到單機的限制。
• 哨兵：在複制的基礎上，哨兵實作了自動化的故障恢複。缺陷：寫操作無法負載均衡；存儲能力受到單機的限制。
• 叢集：通過叢集，Redis解決了寫操作無法負載均衡，以及存儲能力受到單機限制的問題，實作了較為完善的高可用方案。

下面說回哨兵。

Redis Sentinel，即Redis哨兵，在Redis 2.8版本開始引入。哨兵的核心功能是主節點的自動故障轉移。下面是Redis官方文檔對于哨兵功能的描述：

• 監控(Monitoring)：哨兵會不斷地檢查主節點和從節點是否運作正常。
• 自動故障轉移(Automatic failover)：當主節點不能正常工作時，哨兵會開始自動故障轉移操作，它會将失效主節點的其中一個從節點更新為新的主節點，并讓其他從節點改為複制新的主節點。
• 配置提供者(Configuration provider)：用戶端在初始化時，通過連接配接哨兵來獲得目前Redis服務的主節點位址。
• 通知(Notification)：哨兵可以将故障轉移的結果發送給用戶端。

其中，監控和自動故障轉移功能，使得哨兵可以及時發現主節點故障并完成轉移；而配置提供者和通知功能，則需要在與用戶端的互動中才能展現。

這裡對“用戶端”一詞在文章中的用法做一個說明：在前面的文章中，隻要通過API通路redis伺服器，都會稱作用戶端，包括redis-cli、Java用戶端Jedis等；為了便于區分說明，本文中的用戶端并不包括redis-cli，而是比redis-cli更加複雜：redis-cli使用的是redis提供的底層接口，而用戶端則對這些接口、功能進行了封裝，以便充分利用哨兵的配置提供者和通知功能。

2. 架構

典型的哨兵架構圖如下所示：

它由兩部分組成，哨兵節點和資料節點：

• 哨兵節點：哨兵系統由一個或多個哨兵節點組成，哨兵節點是特殊的redis節點，不存儲資料。
• 資料節點：主節點和從節點都是資料節點。

二、部署

這一部分将部署一個簡單的哨兵系統，包含1個主節點、2個從節點和3個哨兵節點。友善起見：所有這些節點都部署在一台機器上(區域網路IP：192.168.92.128)，使用端口号區分；節點的配置盡可能簡化。

1. 部署主從節點

哨兵系統中的主從節點，與普通的主從節點配置是一樣的，并不需要做任何額外配置。下面分别是主節點(port=6379)和2個從節點(port=6380/6381)的配置檔案，配置都比較簡單，不再詳述。

#redis-6379.conf

port 6379

daemonize yes

logfile "6379.log"

dbfilename "dump-6379.rdb"

#redis-6380.conf

port 6380

daemonize yes

logfile "6380.log"

dbfilename "dump-6380.rdb"

slaveof 192.168.92.128 6379

#redis-6381.conf

port 6381

daemonize yes

logfile "6381.log"

dbfilename "dump-6381.rdb"

slaveof 192.168.92.128 6379

配置完成後，依次啟動主節點和從節點：

redis-server redis-6379.conf

redis-server redis-6380.conf

redis-server redis-6381.conf

節點啟動後，連接配接主節點檢視主從狀态是否正常，如下圖所示：

2. 部署哨兵節點

哨兵節點本質上是特殊的Redis節點。

3個哨兵節點的配置幾乎是完全一樣的，主要差別在于端口号的不同(26379/26380/26381)，下面以26379節點為例介紹節點的配置和啟動方式；配置部分盡量簡化，更多配置會在後面介紹。

#sentinel-26379.conf

port 26379

daemonize yes

logfile "26379.log"

sentinel monitor mymaster 192.168.92.128 6379 2

其中，sentinel monitor mymaster 192.168.92.128 6379 2 配置的含義是：該哨兵節點監控192.168.92.128:6379這個主節點，該主節點的名稱是mymaster，最後的2的含義與主節點的故障判定有關：至少需要2個哨兵節點同意，才能判定主節點故障并進行故障轉移。

哨兵節點的啟動有兩種方式，二者作用是完全相同的：

redis-sentinel sentinel-26379.conf

redis-server sentinel-26379.conf --sentinel

按照上述方式配置和啟動之後，整個哨兵系統就啟動完畢了。可以通過redis-cli連接配接哨兵節點進行驗證，如下圖所示：可以看出26379哨兵節點已經在監控mymaster主節點(即192.168.92.128:6379)，并發現了其2個從節點和另外2個哨兵節點。

此時如果檢視哨兵節點的配置檔案，會發現一些變化，以26379為例：

其中，dir隻是顯式聲明了資料和日志所在的目錄(在哨兵語境下隻有日志)；known-slave和known-sentinel顯示哨兵已經發現了從節點和其他哨兵；帶有epoch的參數與配置紀元有關(配置紀元是一個從0開始的計數器，每進行一次上司者哨兵選舉，都會+1；上司者哨兵選舉是故障轉移階段的一個操作，在後文原理部分會介紹)。

3. 示範故障轉移

哨兵的4個作用中，配置提供者和通知需要用戶端的配合，本文将在下一章介紹用戶端通路哨兵系統的方法時詳細介紹。這一小節将示範當主節點發生故障時，哨兵的監控和自動故障轉移功能。

(1)首先，使用kill指令殺掉主節點：

(2)如果此時立即在哨兵節點中使用info Sentinel指令檢視，會發現主節點還沒有切換過來，因為哨兵發現主節點故障并轉移，需要一段時間。

(3)一段時間以後，再次在哨兵節點中執行info Sentinel檢視，發現主節點已經切換成6380節點。

但是同時可以發現，哨兵節點認為新的主節點仍然有2個從節點，這是因為哨兵在将6380切換成主節點的同時，将6379節點置為其從節點；雖然6379從節點已經挂掉，但是由于哨兵并不會對從節點進行客觀下線(其含義将在原理部分介紹)，是以認為該從節點一直存在。當6379節點重新啟動後，會自動變成6380節點的從節點。下面驗證一下。

(4)重新開機6379節點：可以看到6379節點成為了6380節點的從節點。

(5)在故障轉移階段，哨兵和主從節點的配置檔案都會被改寫。

對于主從節點，主要是slaveof配置的變化：新的主節點沒有了slaveof配置，其從節點則slaveof新的主節點。

對于哨兵節點，除了主從節點資訊的變化，紀元(epoch)也會變化，下圖中可以看到紀元相關的參數都+1了。

4. 總結

哨兵系統的搭建過程，有幾點需要注意：

(1)哨兵系統中的主從節點，與普通的主從節點并沒有什麼差別，故障發現和轉移是由哨兵來控制和完成的。

(2)哨兵節點本質上是redis節點。

(3)每個哨兵節點，隻需要配置監控主節點，便可以自動發現其他的哨兵節點和從節點。

(4)在哨兵節點啟動和故障轉移階段，各個節點的配置檔案會被重寫(config rewrite)。

(5)本章的例子中，一個哨兵隻監控了一個主節點；實際上，一個哨兵可以監控多個主節點，通過配置多條sentinel monitor即可實作。

三、用戶端通路哨兵系統

上一小節示範了哨兵的兩大作用：監控和自動故障轉移，本小節則結合用戶端示範哨兵的另外兩個作用：配置提供者和通知。

1. 代碼示例

在介紹用戶端的原理之前，先以Java用戶端Jedis為例，示範一下使用方法：下面代碼可以連接配接我們剛剛搭建的哨兵系統，并進行各種讀寫操作(代碼中隻示範如何連接配接哨兵，異常處理、資源關閉等未考慮)。

public static void testSentinel() throws Exception {

String masterName = "mymaster";

Set sentinels = new HashSet<>();

sentinels.add("192.168.92.128:26379");

sentinels.add("192.168.92.128:26380");

sentinels.add("192.168.92.128:26381");

JedisSentinelPool pool = new JedisSentinelPool(masterName, sentinels); //初始化過程做了很多工作

Jedis jedis = pool.getResource();

jedis.set("key1