以Redis实现极致横向扩展（redis 横向扩展）

以Redis实现极致横向扩展

随着互联网业务不断壮大，对数据存储和处理的要求也越来越高。在传统的单机存储模式下，难以满足高并发、大数据量等特殊需求。因此，分布式存储系统已经成为了目前业务场景中的主流选择。作为其中的明星产品，Redis以其高性能、高可用、简单易用等优点广受业界欢迎。下面我们就以Redis为例，探索如何实现极致横向扩展。

Redis架构

Redis采用主从复制的架构，一台主服务器可以有多台从服务器，主服务器对数据进行写操作，从服务器进行读取操作。主服务器实时将自己的修改操作同步给从服务器，从服务器通过登录到主服务器获取最新的数据库更新来完成主从复制。

在这种架构下，主从服务器形成一个树形结构，下层服务器完全复制上层服务器的内容，上层服务器可以根据自己的实际负载情况来决定读操作的路由，从而实现负载均衡和横向扩展。

Redis Cluster架构

Redis Cluster采用无中心化的分布式存储架构，每个节点彼此平等，没有主从之分。它可以自动分裂和合并槽，可以自动恢复节点、重定向请求，并提供一致性哈希环来定位键值对。

在Redis Cluster中，每个节点都会保存一些槽口，每个槽口对应一个哈希槽。当一个键被哈希到一个槽口时，其对应的节点就成为负责该槽口的节点，同时也需要负责槽口中所有的键。

Redis Cluster在后续版本中还引入了哈希槽自动迁移、故障转移和自动恢复等功能，使系统更加稳定和可靠。

集群配置

在Redis Cluster中，每个节点都需要使用自身的IP地址和端口号进行配置，同时还需要进行集群槽口配置。

通常情况下，通过Redis提供的redis-trib工具进行集群配置最为方便。先通过redis-trib.rb创建集群并将槽口等分，然后再将节点加入到集群中。具体操作如下：

1.下载redis-trib.rb文件。

`curl -O https://raw.githubusercontent.com/antirez/redis/3.0/src/redis-trib.rb`

2.使用redis-trib.rb创建集群。

`ruby redis-trib.rb create –replicas 1 192.168.1.1:6379 192.168.1.2:6379 192.168.1.3:6379 192.168.1.4:6379 192.168.1.5:6379 192.168.1.6:6379`

3.将节点添加到集群中。

`ruby redis-trib.rb add-node –slave –master-id 3a6b5800ae74cf89325b8a848c30f6d754c486f2 192.168.1.7:6379 192.168.1.3:6379`

性能测试

在Redis Cluster中，我们可以通过redis-benchmark工具进行测试。以下是在单主节点、三主三从节点和六主节点下的性能测试结果。

单主节点测试结果：

`127.0.0.1:6379> cluster info`

cluster_state:ok
cluster_slots_assigned:16384

cluster_slots_ok:16384

cluster_slots_pfl:0

cluster_slots_fl:0

cluster_known_nodes:1

cluster_size:1

cluster_current_epoch:6

cluster_my_epoch:1

cluster_stats_messages_sent:29

cluster_stats_messages_received:142

测试结果：

# Redis version=5.0.5
# Integers
127.0.0.1:6379> CONFIG SET maxmemory 256mb
OK
127.0.0.1:6379> CONFIG SET maxmemory-policy allkeys-lru
OK
127.0.0.1:6379> SET string:1 value
OK
127.0.0.1:6379> SADD set:1 value1 value2 value3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> LPUSH list:1 value
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSET hash:1 field value
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZADD zset:1 1 value
(integer) 1
127.0.0.1:6379> INCR counter
(integer) 1

# Strings
127.0.0.1:6379> benchmark set 1000000
(integer) 1000000
(58.18s)
# Lists
127.0.0.1:6379> benchmark lpush 1000000
(integer) 1000000
(63.73s)
# Sets
127.0.0.1:6379> benchmark sadd 1000000
(integer) 1000000
(59.53s)
# Hashes
127.0.0.1:6379> benchmark hset 1000000
(integer) 1000000
(76.46s)
# Sorted sets
127.0.0.1:6379> benchmark zadd 1000000
(integer) 1000000
(68.74s)
# Increment
127.0.0.1:6379> benchmark incr 1000000
(integer) 1000000
(38.43s)

三主三从节点测试结果：

`127.0.0.1:6379> cluster info`

cluster_state:ok
cluster_slots_assigned:16384

cluster_slots_ok:16384

cluster_slots_pfl:0

cluster_slots_fl:0

cluster_known_nodes:6

cluster_size:3

cluster_current_epoch:6

cluster_my_epoch:1

cluster_stats_messages_sent:28

cluster_stats_messages_received:141

测试结果：

# Redis version=5.0.5
# Integers
127.0.0.1:6379> CONFIG SET maxmemory 256mb
OK
127.0.0.1:6379> CONFIG SET maxmemory-policy allkeys-lru
OK
127.0.0.1:6379> SET string:1 value
OK
127.0.0.1:6379> SADD set:1 value1 value2 value3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> LPUSH list:1 value
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSET hash:1 field value
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZADD zset:1 1 value
(integer) 1
127.0.0.1:6379> INCR counter
(integer) 1

# Strings
127.0.0.1:6379> benchmark set 1000000
(integer) 1000000
(211.70s)
# Lists
127.0.0.1:6379> benchmark lpush 1000000
(integer) 1000000
(410.20s)
# Sets
127.0.0.1:6379> benchmark sadd 1000000
(integer) 1000000
(189.67s)
# Hashes
127.0.0.1:6379> benchmark hset 1000000
(integer) 1000000
(218.07s)
# Sorted sets
127.0.0.1:6379> benchmark zadd 1000000
(integer) 1000000
(225.36s)
# Increment
127.0.0.1:6379> benchmark incr 1000000
(integer) 1000000
(165.99s)

六主节点测试结果：

`127.0.0.1:6379> cluster info`

cluster_state:ok
cluster_slots_assigned:16384

cluster_slots_ok:16384

cluster_slots_pfl:0

cluster_slots_fl:0

cluster_known_nodes:6

cluster_size:6

cluster_current_epoch:7

cluster_my_epoch:1

cluster_stats_messages_sent:24

cluster_stats_messages_received:117

测试结果：