Redis 哨兵机制以及底层原理深入解析,这次终于搞清楚了

Redis 哨兵机制以及底层原理深入解析,这次终于搞清楚了

前面我们基于实际案例搭建了缓存高可用方案(分布式缓存高可用方案,我们都是这么干的)同时提到了redis主从架构下是如何保证高可用的,讲到了它是通过redis sentinel的机制来实现的。

今天我们就来看看redis sentinel即哨兵机制的相关底层原理以及我们在生产中需要避的坑。

什么是redis sentinel

哨兵在redis集群架构中是一个非常重要的组件,其主要功能有下面这些:

  • 集群监控,即时刻监控着redis的master和slave进程是否是在正常工作。
  • 消息通知,就是说当它发现有redis实例有故障的话,就会发送消息给管理员
  • 故障自动转移,如果redis master 节点宕机了的话,它就会将请求转到slave 节点上,slave升为master。
  • 充当配置中心,如果发生了故障转移,它会通知将master的新地址写在配置中心告诉客户端。

sentinel 本身也是分布式部署的,是一个集群去运行的并且节点间相互协调工作,那它是怎么来监控redis的呢?

(1),当发生故障转移的时候,只有大部分哨兵节点同意才会判断你这个master是真的宕机了,这里会涉及到前面讲到的分布式选主,如果忘记了自行看下(面试是不是经常被问到分布式系统核心问题,这一次没人难倒你)(2),如果哨兵部分节点挂了的话,整个哨兵集群依然能工作,这也是确保自身能高可用。

需要知道的哨兵核心点

  1. 哨兵集群至少要 3 个节点,来确保自己的健壮性。
  2. redis主从 + sentinel的架构,是不会保证数据的零丢失的,它是为了保证redis集群的高可用。
  3. 在部署redis主从 + sentinel 架构之前,我们要在测试环境多测试,尽量模拟线上环境。

你可能会问,哨兵集群 2 个节点难道就不行吗?好,如果咱们的哨兵集群只部署了两个节点,那么 quorum=1,

如上图,如果master宕机,sentinel 1 和 sentinel 2 只要有一个认为master宕机就会进行切换,同时sentinel 1 和sentinel 2 就会选出一个sentinel来进行故障转移,这个时候就需要用到majority,即大多数哨兵都是运行的,2个哨兵的majority是2(3个的majority=2,4个的majority=2,5个的majority=3),也就是说现在这两个哨兵节点都是正常运行的就可以进行故障转移。

但是,现在master和sentinel1运行的整个机器如果宕机了的话,那么哨兵就只有一个了,此时就无法来通过majority来进行故障转移了,所以,我们至少需要三台哨兵实例。

3 节点sentinel架构

如上图所示,

  • 假设master所在的机器不可用的话,那么哨兵还剩2个,sentinel 2 和sentinel3 就会认为master宕机,然后选举一个来处理故障转移
  • 三个哨兵节点的majority为2,现在还有2个哨兵在工作着,就可以允许执行故障转移。

上面我们已经知道了哨兵的核心机制以及它和redis主从架构是如何配合使用来达到redis的高可用的,下面我们就来看看redis哨兵主备切换的数据丢失问题。

1,主从异步复制导致的数据丢失

redis master 和slave 数据复制是异步的,像前面说的MySQL差不多(数据库读写分离方案,实现高性能数据库集群),这样就有可能会出现部分数据还没有复制到slave中,master就挂掉了,那么这部分的数据就会丢失了。




2,脑裂导致的数据丢失

脑裂其实就是网络分区导致的现象,比如,我们的master机器网络突然不正常了发生了网络分区,和其他的slave机器不能正常通信了,其实master并没有挂还活着好好的呢,但是哨兵可不是吃闲饭的啊,它会认为master挂掉了啊,那么问题来了,client可能还在继续写master的呀,还没来得及更新到新的master呢,那这部分数据就会丢失。

上面的两个数据丢失的问题,那我们该怎么去解决呢?其实也很简单,只需要在配置中加两个配置就行了,如下:

min-slaves-to-write 1 # 要求至少一个slave
min-slaves-max-lag 10 # 数据复制和同步的延迟不能超过10s

我们不能只是去解决问题,我们要知道为什么这么做就可以解决问题,下面我们就来分析下,加上了这两个配置是怎么解决我们数据丢失问题的。

核心思想就是,一旦所有的slave节点,在数据复制和同步时延迟了超过10秒的话,那么master它就不会再接客户端的请求了,这样就会有效减少大量数据丢失的发生。

如何减少异步复制数据的丢失

现在当我们的slave在数据复制的时候,发现返回的ACK时延太长达到了 min-slaves-max-lag 配置,这个时候就会认为如果master宕机就会导致大量数据丢失,所以就提前进行了预测,就不再去接收客户端的任何请求了,来将丢失的数据降低在可控范围内。

减少脑裂数据的丢失

  1. 如果master出现了脑裂,和其他的slave失去了通信,不能继续给指定数量的slave发送数据。
  2. slave超过10秒没有给自己返回ack消息。
  3. master就会拒绝客户端的写请求

redis 哨兵底层核心原理深度解析

上面我们了解到了redis 哨兵的基本知识也解决了数据丢失的问题,那接下来我们来看看哨兵的几个核心底层原理,帮助大家在探讨这类问题的时候,也有话可说,也更不怕面试官问到哨兵机制。

1,sdown和odown转换机制

  • sdown,即主观宕机,如果一个哨兵它自己觉得master宕机了,就是主观宕机
  • odown,即客观宕机,如果quorum数量的哨兵都认为一个master宕机了,则为客观宕机

哨兵在ping一个master的时候,如果超过了is-master-down-after-milliseconds指定的毫秒数之后,就是达到了sdown,就主观认为master宕机了。

如果一个哨兵在指定时间内,收到了quorum指定数量的其他哨兵也认为那个master是sdown了,那么就认为是odown了,客观认为master宕机,就完成了sdown到odown的转换。


2,哨兵集群如何实现自动发现

  1. 通过redis的pub/sub系统实现的,每个哨兵都会往__sentinel__:hello这个channel里发送一个消息。
  2. 其他哨兵可以消费到这个消息,且可以感知到其他哨兵的存在。
  3. 每隔两秒钟,每个哨兵都会向自己监控的某个master+slaves对应的__sentinel__:hello channel里发送一个消息(包括自己的host、ip和runid还有对这个master的监控配置)。
  4. 每个哨兵也会去监听自己监控的每个master+slaves对应的__sentinel__:hello channel,然后去感知到同样在监听这个master+slaves的其他哨兵的存在。
  5. 每个哨兵还会跟其他哨兵交换对master的监控配置,互相进行监控配置的同步。


3,slave配置如何自动纠正

slave配置的自动纠正,是由哨兵来负责的。例如,slave如果要成为潜在的master候选人,哨兵会确保slave复制现有的master数据;如果slave连接的是一个有问题的master,在故障转移之后,哨兵会确保slave能连上新的没问题的master上。


4,slave 到master 选举算法

如果一个master被认为odown了,而且majority哨兵都允许了主备切换,那么某个哨兵就会执行主备切换操作,此时首先要选举一个slave来,主要通过下面几个步骤:需要考虑slave的下面一些信息

  • 跟master断开连接的时长
  • slave优先级
  • 复制offset
  • run id

如果一个slave跟master断开连接已经超过了down-after-milliseconds的10倍,再加上加master宕机的时长,那么slave就被认为不适合选举为master。

(down-after-milliseconds * 10) + milliseconds_since_master_is_in_SDOWN_state

接下来会对slave进行排序

  1. 按照slave优先级进行排序,slave priority越低,优先级就越高。
  2. 如果slave priority相同,那么看replica offset,哪个slave复制了越多的数据,offset越靠后,优先级就越高。
  3. 如果上面两个条件都相同,那么选择一个run id比较小的那个slave


5,quorum和majority 关系

每次一个哨兵要做主备切换的时候,首先需要quorum数量的哨兵认为odown,然后选举出一个哨兵来做切换,这个哨兵还得得到majority哨兵的授权,才能正式执行切换。

如果quorum < majority,比如5个哨兵,majority就是3,quorum设置为2,那么就3个哨兵授权就可以执行切换

如果quorum >= majority,那么必须quorum数量的哨兵都授权,比如5个哨兵,quorum是5,那么必须5个哨兵都同意授权,才能执行切换。

6、configuration epoch

哨兵会对一套redis master+slave进行监控,有相应的监控的配置

执行切换的那个哨兵,会从要切换到的新master(salve->master)那里得到一个configuration epoch,这就是一个version号,每次切换的version号都必须是唯一的。

如果第一个选举出的哨兵切换失败了,那么其他哨兵,会等待failover-timeout时间,然后接替继续执行切换,此时会重新获取一个新的configuration epoch,作为新的version号

7、configuraiton传播

哨兵完成切换之后,会在自己本地更新生成最新的master配置,然后同步给其他的哨兵,就是通过之前说的pub/sub消息机制

这里之前的version号就很重要了,因为各种消息都是通过一个channel去发布和监听的,所以一个哨兵完成一次新的切换之后,新的master配置是跟着新的version号的,其他的哨兵都是根据版本号的大小来更新自己的master配置的。

总结,今天我们学习了redis sentinel 机制的基本使用,同时在使用过程中对于可能出现的数据丢失进行相关避坑方案讲解,最后将哨兵的几个重要的底层知识进行了详细的讲解,希望帮助大家能更好的掌握redis的哨兵机制。

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编辑于 2019-12-06