Redis 三种服务架构详解：从主从复制到集群模式

Redis 三种服务架构详解：从主从复制到集群模式

在分布式系统中，Redis 作为高性能的键值存储数据库，其高可用性和扩展性至关重要。本文将详细介绍Redis 的三种种种服务架构：主从复制、哨兵模式和 Cluster 集群，深入解析它们的工作原理、搭建方法及适用场景，帮助你根据实际需求选择合适的架构方案。

一、Redis 三种架构模式概述

Redis 提供了三种核心架构模式，分别针对不同的业务场景解决高可用和性能问题：

二、主从复制：高可用的基石

主从复制是 Redis 高可用的基础，通过将主节点（Master）的数据复制到从节点（Slave），实现数据冗余和读操作分流。

核心作用

1. 数据冗余：除持久化外的热备份方案，避免单点数据丢失
2. 故障恢复：主节点故障时，可手动切换从节点提供服务
3. 负载均衡：主节点负责写操作，从节点分担读请求，提高并发能力

工作流程

1. 从节点启动后向主节点发送同步请求
2. 主节点执行 RDB 持久化生成数据快照，同时缓存后续写命令
3. 主节点发送快照文件给从节点，从节点加载快照并应用缓存的写命令
4. 后续主节点的写操作会实时同步到从节点

搭建步骤（示例）

1. 环境准备（所有节点）：

   systemctl stop firewalld
   setenforce 0
   yum install -y gcc gcc-c++ make
   # 安装 Redis 并设置软链接

2. 主节点配置（192.168.10.23）：

   vim /etc/redis/6379.conf
   bind 0.0.0.0               # 监听所有地址
   daemonize yes              # 后台运行
   logfile /var/log/redis_6379.log
   dir /var/lib/redis/6379
   appendonly yes             # 开启 AOF 持久化
   /etc/init.d/redis_6379 restart

3. 从节点配置（192.168.10.14/15）：

   vim /etc/redis/6379.conf
   # 新增配置指向主节点
   replicaof 192.168.10.23 6379
   /etc/init.d/redis_6379 restart

4. 验证配置：

   # 在主节点执行
   redis-cli info replication
   # 显示 connected_slaves:2 即表示成功

三、哨兵模式：自动化故障转移

哨兵模式在主从复制基础上增加了监控和自动故障转移能力，解决了主节点故障需手动干预的问题。

核心功能

1. 监控：定期检测主从节点健康状态
2. 自动故障转移：主节点故障时，自动选举新主节点并调整从节点指向
3. 通知机制：将故障转移结果告知客户端

故障转移流程

1. 主观下线：单个哨兵检测到主节点无响应（超过 down-after-milliseconds 阈值）
2. 客观下线：超过半数哨兵认为主节点下线，触发故障转移
3. 选举新主：通过 Raft 算法选举哨兵 leader，由其执行故障转移：
   • 筛选健康从节点（优先选优先级高、数据最完整的节点）
   • 将选中的从节点升级为主节点
   • 其他从节点改为复制新主节点
   • 原主节点恢复后作为从节点加入集群

搭建步骤（基于主从架构）

1. 修改哨兵配置（所有节点）：

   vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
   protected-mode no
   port 26379                  # 哨兵默认端口
   daemonize yes
   logfile "/var/log/sentinel.log"
   # 监控主节点（mymaster 为集群名称，2 表示需 2 个哨兵同意判定故障）
   sentinel monitor mymaster 192.168.10.23 6379 2
   sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000  # 30秒无响应判定下线

2. 启动哨兵：

   cd /opt/redis-5.0.7/
   redis-sentinel sentinel.conf &

3. 验证哨兵状态：

   redis-cli -p 26379 info Sentinel
   # 显示 master0:name=mymaster,status=ok 即正常

4. 故障测试：

   # 杀死主节点进程
   kill -9 [redis-server pid]
   # 查看哨兵日志确认故障转移
   tail -f /var/log/sentinel.log

四、Cluster 集群：突破单机限制

Cluster 集群是 Redis 3.0 引入的分布式架构，通过数据分片和主从备份，解决了单机存储上限和写操作瓶颈问题。

核心特性

1. 数据分片：采用 16384 个哈希槽（0-16383），每个主节点负责一部分槽
2. 自动负载均衡：键通过 CRC16(key) % 16384 映射到对应槽，自动路由到目标节点
3. 高可用：每个主节点可配置从节点，主节点故障时从节点自动升级

哈希槽分配示例

• 节点 A（6001）：0-5460 号槽
• 节点 B（6002）：10923-16383 号槽
• 节点 C（6003）：5461-10922 号槽
• 从节点（6004-6006）：分别对应主节点 A-C

搭建步骤（6 节点：3 主 3 从）

1. 准备节点目录：

   mkdir -p /etc/redis/redis-cluster/redis600{1..6}
   # 复制配置文件和可执行文件到各目录

2. 修改节点配置（以 6001 为例）：

   vim /etc/redis/redis-cluster/redis6001/redis.conf
   port 6001
   protected-mode no
   cluster-enabled yes                  # 开启集群模式
   cluster-config-file nodes-6001.conf  # 集群配置文件
   cluster-node-timeout 15000           # 节点超时时间
   appendonly yes

3. 启动所有节点：

   for d in {1..6}; do
     cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
     redis-server redis.conf
   done

4. 创建集群：

   redis-cli --cluster create 127.0.0.1:6001 127.0.0.1:6002 127.0.0.1:6003 \
   127.0.0.1:6004 127.0.0.1:6005 127.0.0.1:6006 --cluster-replicas 1
   # --cluster-replicas 1 表示每个主节点配 1 个从节点

5. 验证集群：

   redis-cli -p 6001 -c  # -c 允许节点间自动跳转
   127.0.0.1:6001> cluster slots  # 查看槽分配
   127.0.0.1:6001> set name zhangsan  # 自动路由到对应节点

五、架构选择建议

• 中小规模应用：主从复制 + 哨兵模式足以满足需求，部署简单且能保证高可用
• 大规模分布式系统：Cluster 集群是首选，可突破单机存储和性能限制
• 读多写少场景：主从复制配合读写分离，显著提升读操作吞吐量
• 核心业务系统：至少采用哨兵模式，避免主节点故障导致服务中断

通过合理选择 Redis 架构，既能保证系统的高可用性，又能根据业务增长平滑扩展，为应用提供稳定高效的数据存储服务。