Redis分片机制

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前两篇文章对Redis主从复制和主从切换的知识点进行了介绍，但是也很明显的有一点小弊端：

• 需要定时进行主从复制会影响Redis性能。
• 主节点宕机后，从所有从节点选择进行主从切换。主从切换的过程中非服务不可用。

引入分片概念--分片机制的作用

而本篇文章主要谈谈Redis的分片机制，如果没有分片机制，Redis就被局限于单机所支持的内存容量。Redis的分片机制允许数据拆分存放在不同的Redis实例上，每个Redis实例只包含所有键的子集。可以减轻单台Redis的压力，提升Redis扩展能力和计算能力。如果我们只使用一个Redis实例，当Redis宕机将会直接停止服务，所以我们可以采取分片机制，将原本一台Redis实例维护的数据，改为由多个Redis实例共同维护这部分数据。

分片方案
(1)范围分片

分片需要将不同key映射到不同Redis实例上存储，所以key的映射规则需要制定一个算法，最简单的一个分片方案应该是范围分片。范围分片理解起来很简单，比如我们存储用户基本信息，我们制定一个算法将用户user_id从0到1000映射到实例A，user_id从1000到2000映射到实例B，以此类推。这个方案很轻松可以使用，但是引发了一个问题：我们需要维护user_id范围和映射实例之间的关系。而正是这个问题导致范围分片虽然简单，但是效率比其他分片方案低效许多，所以Redis中一般不会使用范围分片作为分片方案。

(2)哈希分片

比如我们目前有四个Redis实例，我们需要存储一个key。我们可以通过哈希函数crc32()将key名转换成一个长整型数字，然后对长整型数字对4取余，就可以得到映射的实例。但是这种分配方案一样存在弊端：当我们需要增加或移除Redis实例时，就会造成大量key无法被命中。所以这时候出现了一种哈希分片的高级形式--一致性哈希。一致性哈希有三大特性：

• key哈希结果尽可能分配到不同Redis实例。
• 当实例增加或移除，需要保护已映射的内容不会重新被分配到新实例上。
• 对key的哈希应尽量避免重复。

但是在Redis中没有使用一致性哈希这个概念，而是引入了哈希槽。在Redis集群中共有16384个哈希槽，然后每个key通过哈希函数crc16()将key名转化成一个长整型数字再对16384取余，最终决定这个key存储的哈希槽。而每个Redis实例负责维护一部分哈希槽，所有实例共同维护所有的哈希槽。使用哈希槽最显而易见的特点就是Redis实例的增加或者移除很方便，而不需要暂停所有Redis实例服务。

分片实现

上一篇谈到主从切换的哨兵模式已经提到，哨兵模式可以实现高可用以及读写分离，但是缺点在于所有Redis实例存储的数据全部一致，所以Redis支持cluster模式，可以简单将cluster理解为Redis集群管理的一个插件，通过它可以实现Redis的分布式存储。

数据分片方式一般有三种：客户端分片、代理分片和服务器分片。

客户端分片

定义：客户端自己计算key需要映射到哪一个Redis实例。

优点：客户端分片最明显的好处在于降低了集群的复杂度，而服务器之间没有任何关联性，数据分片由客户端来负责实现。

缺点：客户端实现分片则客户端需要知道当前集群下不同Redis实例的信息，当新增Redis实例时需要支持动态分片，多数Redis需要重启才能实现该功能。

代理分片

定义：客户端将请求发送到代理，代理通过计算得到需要映射的集群实例信息，然后将客户端的请求转发到对应的集群实例上，然后返回响应给客户端。

优点：降低了客户端的复杂度，客户端不用关心后端Redis实例的状态信息。

缺点：多了一个中间分发环节，所以对性能有些取的损失。

服务器分片

定义：客户端可以和集群中任意Redis实例通信，当客户端访问某个实例时，服务器进行计算key应该映射到哪个具体的Redis实例中存储，如果映射的实例不是当前实例，则该实例主动引导客户端去对应实例对key进行操作。这其实是一个重定向的过程。这个过程不是从当前Redis实例转发到对应的Redis实例，而是客户端收到服务器通知具体映射的Redis实例重定向到映射的实例中。当前还不能完全适用于生产环境。

优点：支持高可用，任意实例都有主从，主挂了从会自动接管。

缺点：需要客户端语言实现服务器集群协议，但是目前大多数语言都有其客户端实现版本。

预分片

从上面可以清楚地看出，分片机制增加或移除实例是非常麻烦的一件事，所以我们可以考虑一开始就开启32个节点实例，当我们可以新增Redis服务器时，我们可以将一半的节点移动到新的Redis服务器。这样我们只需要在新服务器启动一个空节点，然后移动数据，配置新节点为源节点的从节点，然后更新被移动节点的ip信息，然后向新服务器发送slaveof命令关闭主从配置，最后关闭旧服务器不需要使用的实例并且重新启动客户端。这样我们就可以在几乎不需要停机时间时完成数据的移动。

分片机制的缺点

• 分片是由多台Redis实例共同运转，所以如果其中一个Redis实例宕机，则整个分片都将无法使用，所以分片机制无法实现高可用。
• 如果有不同的key映射到不同的Redis实例，这时候不能对这两个key做交集或者使用事务。
• 使用分片机制因为涉及多实例，数据处理比较复杂。
• 分片中对于实例的添加或删除会很复杂，不过可以使用预分片技术进行改善。

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