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浅谈Redis Cluster 集群的伸缩

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本文介绍Redis Cluster模式下集群的伸缩（扩容/缩容）过程进行介绍

abstract.png

搭建集群

利用Docker Compose搭建一个3主3从的Redis Cluster集群，docker-compose.yml文件如下

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# 构建一个3主3从的Redis集群
# Compose 版本
version: '3.8'

# 定义服务
services:

  Redis-Service-1:
    image: redis:7.0
    container_name: node-1
    command: [ "redis-server", "/etc/redis/redis.conf" ]
    ports:
      - "6371:6379"
      - "16371:16379"
    volumes:
      - /Users/zgh/Docker/RedisCluster_3M3S/RedisConf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf
    networks:
      # 使用名为redis_cluster_3m3s_net的网络并设置容器IP
      redis_cluster_3m3s_net:
        ipv4_address: 120.120.120.11

  Redis-Service-2:
    image: redis:7.0
    container_name: node-2
    command: [ "redis-server", "/etc/redis/redis.conf" ]
    ports:
      - "6372:6379"
      - "16372:16379"
    volumes:
      - /Users/zgh/Docker/RedisCluster_3M3S/RedisConf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf
    networks:
      # 使用名为redis_cluster_3m3s_net的网络并设置容器IP
      redis_cluster_3m3s_net:
        ipv4_address: 120.120.120.12

  Redis-Service-3:
    image: redis:7.0
    container_name: node-3
    command: [ "redis-server", "/etc/redis/redis.conf" ]
    ports:
      - "6373:6379"
      - "16373:16379"
    volumes:
      - /Users/zgh/Docker/RedisCluster_3M3S/RedisConf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf
    networks:
      # 使用名为redis_cluster_3m3s_net的网络并设置容器IP
      redis_cluster_3m3s_net:
        ipv4_address: 120.120.120.13

  Redis-Service-4:
    image: redis:7.0
    container_name: node-4
    command: [ "redis-server", "/etc/redis/redis.conf" ]
    ports:
      - "6374:6379"
      - "16374:16379"
    volumes:
      - /Users/zgh/Docker/RedisCluster_3M3S/RedisConf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf
    networks:
      # 使用名为redis_cluster_3m3s_net的网络并设置容器IP
      redis_cluster_3m3s_net:
        ipv4_address: 120.120.120.14

  Redis-Service-5:
    image: redis:7.0
    container_name: node-5
    command: [ "redis-server", "/etc/redis/redis.conf" ]
    ports:
      - "6375:6379"
      - "16375:16379"
    volumes:
      - /Users/zgh/Docker/RedisCluster_3M3S/RedisConf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf
    networks:
      # 使用名为redis_cluster_3m3s_net的网络并设置容器IP
      redis_cluster_3m3s_net:
        ipv4_address: 120.120.120.15

  Redis-Service-6:
    image: redis:7.0
    container_name: node-6
    command: [ "redis-server", "/etc/redis/redis.conf" ]
    ports:
      - "6376:6379"
      - "16376:16379"
    volumes:
      - /Users/zgh/Docker/RedisCluster_3M3S/RedisConf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf
    networks:
      # 使用名为redis_cluster_3m3s_net的网络并设置容器IP
      redis_cluster_3m3s_net:
        ipv4_address: 120.120.120.16

# 定义网络
networks:
  # 定义一个名为redis_cluster_3m3s_net的网络
  redis_cluster_3m3s_net:
    ipam:
      config:
        # 设置网段
        - subnet: 120.120.120.0/24

Redis指定版本的配置文件redis.conf可通过下述链接下载对应版本的安装包后解压后获取

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http://download.redis.io/releases/

修改Redis配置文件redis.conf

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...

# 注释bind配置项
# bind 127.0.0.1 -::1

# 设为 no, 关闭保护模式
protected-mode no

# 端口设为6379
port 6379

# 设为no, 因为docker启动时会通过-d参数来让其实现后台运行
daemonize no

# 修改数据库数量, 用于验证配置文件是否生效
databases 5

# 设置访问主库时的密码
masterauth "52996"

# 设置Redis密码
requirepass 52996

# 使能集群模式
cluster-enabled yes

# 集群是否要求槽全覆盖
# yes：当负责某个槽的主库下线且没有相应的从库进行故障恢复时，集群整体不可用。即其他槽的节点在线也无法访问
# no：当负责某个槽的主库下线且没有相应的从库进行故障恢复时，集群仍然可用。即可访问其他槽的数据
cluster-require-full-coverage yes

...

这里对于集群中的6个节点，均使用上述同一个配置文件。目录结构如下所示

figure 1.jpg

现在，进行docker-compose.yml文件所在目录，利用Docker Compose命令创建容器

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docker-compose up -d

figure 2.jpg

执行下述命令组建集群

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docker exec -it node-1 \
    redis-cli -p 6379 -a 52996 --cluster create \
    120.120.120.11:6379 120.120.120.12:6379 \
    120.120.120.13:6379 120.120.120.14:6379 \
    120.120.120.15:6379 120.120.120.16:6379 \
    --cluster-replicas 1

命令执行过程中，当分配好每个节点的槽范围后，需要输入yes进行确认，以便完成集群构建。其中，这里node 1、node 2、node 3节点为Master节点

至此这个3主3从的Redis集群就已经搭建完毕了，我们向其中添加一些数据

figure 3.jpg

可通过下述命令查看集群信息

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# 查看各Master下的槽位数量、Key数量、Slave数量等统计信息
redis-cli -c -p 6379 -a 52996  --cluster info 120.120.120.14:6379

# redis 命令：查看集群节点的详细信息
cluster nodes

figure 4.jpg

扩容

准备新节点

先期望对上述的3主3从的Redis集群进行扩容，首先Docker Compose准备3个新Redis节点——node 7、node 8、node 9。docker-compose.yml文件如下

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# Redis Cluster 扩容节点

# Compose 版本
version: '3.8'

# 定义服务
services:

  Redis-Service-7:
    image: redis:7.0
    container_name: node-7
    command: [ "redis-server", "/etc/redis/redis.conf" ]
    ports:
      - "6377:6379"
      - "16377:16379"
    volumes:
      - /Users/zgh/Docker/RedisCluster_3M3S/RedisConf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf
    networks:
      # 使用名为 redis-cluster-3m3s_redis_cluster_3m3s_net 的网络并设置容器IP
      redis-cluster-3m3s_redis_cluster_3m3s_net:
        ipv4_address: 120.120.120.17

  Redis-Service-8:
    image: redis:7.0
    container_name: node-8
    command: [ "redis-server", "/etc/redis/redis.conf" ]
    ports:
      - "6378:6379"
      - "16378:16379"
    volumes:
      - /Users/zgh/Docker/RedisCluster_3M3S/RedisConf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf
    networks:
      # 使用名为 redis-cluster-3m3s_redis_cluster_3m3s_net 的网络并设置容器IP
      redis-cluster-3m3s_redis_cluster_3m3s_net:
        ipv4_address: 120.120.120.18

  Redis-Service-9:
    image: redis:7.0
    container_name: node-9
    command: [ "redis-server", "/etc/redis/redis.conf" ]
    ports:
      - "6379:6379"
      - "16379:16379"
    volumes:
      - /Users/zgh/Docker/RedisCluster_3M3S/RedisConf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf
    networks:
      # 使用名为 redis-cluster-3m3s_redis_cluster_3m3s_net 的网络并设置容器IP
      redis-cluster-3m3s_redis_cluster_3m3s_net:
        ipv4_address: 120.120.120.19

# 使用外部已存在的名为 redis-cluster-3m3s_redis_cluster_3m3s_net 的网络
networks:
  redis-cluster-3m3s_redis_cluster_3m3s_net:
    external: true

由于需要保证3个新节点与原Redis集群在同一个网络下，可通过下述命令查看原集群所使用的完整网络名

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# 查看Docker的网络列表
docker network ls

figure 5.jpg

这里对于这3个新的Redis节点，也使用上述集群的配置文件。目录结构如下所示

figure 6.jpg

现在，进行新节点对应的docker-compose.yml文件所在目录，利用Docker Compose命令创建新节点容器

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docker-compose up -d

figure 7.jpg

将新节点node 7添加集群当中并作为Master节点

这里我们通过cluster meet命令将新节点node 7添加到集群当中

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# 将指定节点加入当前集群中
redis-cli -c -p 6379 -a 52996 cluster meet 120.120.120.17 6379

通过集群中节点数cluster_known_nodes值从6变为7可以看出，新节点node 7加入集群成功。虽然该新节点的角色是Master节点，但由于未分配任何槽给该节点，故cluster_size值依然为3

figure 8.jpg

这里，我们期望将node 7节点作为集群中的Master节点，故利用 —cluster reshard 重分配命令实现将集群中其他Master节点的槽分配给它

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# 对Redis集群中的槽进行重分配，命令中只需指定 集群中任意一个已知节点的地址信息即可
redis-cli -c -p 6379 -a 52996 --cluster reshard 120.120.120.14:6379

执行该命令后，会启动一个交互命令行，询问重分配操作的细节。我们需要依次输入下列信息

  • 输入迁出槽位的总数。这里我们输入1000
  • 输入接收槽位的节点ID。这里我们输入node 7节点的节点ID
  • 确认哪些节点需要迁出槽位。这里有两种方式：依次指定需要迁出槽位的节点ID（显然需要为Master节点），最后输入done表示指定完毕；直接输入all表示从所有Mater节点中进行迁出

figure 9.jpg

这里的重分配目标就是从node 1、node 3节点中将总计1000个槽位分配给node 7节点。然后其会生成相应的重分配计划，并询问是否执行。这里输入 yes 后，将会真正地执行槽迁移

figure 10.jpg

从下图不难看出，node 7节点现在被分配了1000个槽位，同时node 1、node 3节点的槽位均比重分配前少了500个槽位。进一步，由于node 7节点现在已经被分配了槽，故cluster_size值由3变为4了

figure 11.jpg

添加从节点到集群中

将新节点node 8作为node 7节点的从节点

现在我们将node 8节点添加集群当中。之前我们使用cluster meet命令添加节点到集群中，其实也可以使用 —cluster add-node 命令实现将新节点添加到集群当中

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# 将120.120.120.18:6379新节点 加入到 120.120.120.14:6379节点所在的集群当中
# 命令中的120.120.120.14:6379可以替换为集群中任意一个已知节点的地址信息
redis-cli -c -p 6379 -a 52996 --cluster add-node 120.120.120.18:6379 120.120.120.14:6379

从集群中已知节点数cluster_known_nodes从7变为8。可以看出，node 8成功加入集群且是一个Master角色

figure 12.jpg

此时，我们需要将node 8设置为node 7节点的从节点

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# 该命令实现将当前节点设置为指定节点（这里即为node 7节点）的从节点
# 这里当前节点为node 8节点。故，我们需要在node 8节点容器中执行该命令
docker exec -it node-8 redis-cli -c -p 6379 -a 52996 cluster replicate <node 7节点的节点ID>

figure 13.jpg

将新节点node 9作为node 7节点的从节点

上文当中，我们将新节点node 8作为node 7节点的从节点。实际上是分为两步完成的。先将node 8节点加入集群、再将node 8节点设置为node 7的从节点。事实上，这两个步骤可以通过一条命令直接实现。这里我们将新节点node 9作为node 7节点的从节点

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# 实现新从节点加入集群，同时将该新从节点 设置为指定主节点的从节点
docker exec -it node-1 redis-cli -c -p 6379 -a 52996 --cluster add-node <新从节点IP>:<新从节点Port> <集群任意已知节点的IP>:<集群任意已知节点的Port> --cluster-slave --cluster-master-id <主节点的节点ID>

# 实现新节点node 9加入集群，同时将node 9节点设置为node 7节点的从节点
docker exec -it node-1 redis-cli -c -p 6379 -a 52996 --cluster add-node 120.120.120.19:6379 120.120.120.14:6379 --cluster-slave --cluster-master-id <node 7节点的节点ID>

命令执行过程，如下所示

figure 14.jpg

结果如下所示，可以看到，现在node 7节点下有2个从节点——node 8、node 9

figure 15.jpg

缩容

从集群中移除从节点

至此，该集群是一个4主5从的集群了。其中，node 7节点有两个从节点。现在我们期望将主节点node 7及其对应的所有从节点全部从集群中移除。将集群恢复为先前的3主3从架构。即所谓的缩容。这里我们先下线从节点——node 8、node 9，再下线主节点node 7。以避免主从间不必要的数据复制同步，下文会有对此问题的详细说明

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# 从集群中移除指定节点
docker exec -it node-1 redis-cli -c -p 6379 -a 52996 --cluster del-node <节点IP>:<节点Port> <节点ID>

# 从集群中移除node 8节点
docker exec -it node-1 redis-cli -c -p 6379 -a 52996 --cluster del-node 120.120.120.18:6379 <node 8节点 的节点ID>

# 从集群中移除node 9节点
docker exec -it node-1 redis-cli -c -p 6379 -a 52996 --cluster del-node 120.120.120.19:6379 <node 9节点 的节点ID>

不难看出，此时，集群中不再有node 8、node 9节点。同时，node 7节点下无从节点

figure 16.jpg

从集群中移除主节点

首先需要将node 7节点分配的槽位全部迁移到集群中其他节点中

figure 17.jpg

故需再次使用 —cluster reshard 重分配命令

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# 对Redis集群中的槽进行重分配，命令中只需指定 集群中任意一个已知节点的地址信息即可
redis-cli -c -p 6379 -a 52996 --cluster reshard 120.120.120.14:6379

这里我们将node 7节点的槽全部迁移到node 2节点当中。在输入迁出槽的总数时，直接输入最大值即可

figure 18.jpg

然后对于重分配计划输入 yes 执行槽迁移。通过下图不难看出，重分配后，node 2节点中槽位多了1000个。同时，node 7节点也变为node 2节点的从节点了。事实上，如果我们此前未先将node 7节点下的从节点node 8、node 9从集群当中移除的话，node 8、node 9节点也将会成为node 2节点的从节点。由于最终node 8、node 9节点也需要下线，故这将会导致主从间（node 2 - node 8、node 2 - node 9）不必要的数据复制同步

figure 19.jpg

现在，只需继续将node 7节点从集群中移除即可

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# 从集群中移除node 7节点
redis-cli -c -p 6379 -a 52996 --cluster del-node 120.120.120.17:6379 <node 7节点 的节点ID>

figure 20.jpg

Note

在集群扩容、缩容后，各节点的槽位数量不均衡时，可利用 —cluster rebalance 命令进行重新平衡

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# 命令中的120.120.120.14:6379可以替换为集群中任意一个已知节点的地址信息
redis-cli -c -p 6379 -a 52996 --cluster rebalance 120.120.120.14:6379

figure 21.jpg

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