Redis数据分片如何实现

Twemproxy的介绍

Twitter的Twemproxy是目前市面上用的最广的使用做多的用来做redis集群服务。由于redis是单线程，而且官方的cluster 还不是很稳定和广泛使用。Twemproxy是一种代理分片机制，Twemproxy作为代理，可接受来自多个程序的访问，按照路由规则，转发给后台的各个Redis服务器，再原路返回。该方案很好的解决了单个Redis实例承载能力的问题。当然，Twemproxy本身也是单点，需要用Keepalived做高可用方案（或者LVS）。通过Twemproxy可以使用多台服务器来水平扩张redis服务，可以有效的避免单点故障问题。虽然使用Twemproxy需要更多的硬件资源和在redis性能有一定的损失（twitter测试约20%），但是能够提高整个系统的HA也是相当划算的。其实twemproxy不光实现了redis协议，还实现了memcached协议，什么意思？换句话说，twemproxy不光可以代理redis，还可以代理memcached。

Twemproxy的优点：

1）对外暴露一个访问节点，减少程序复杂度。

2）支持失败节点自动删除，可以设置重新连接该节点的时间，可以设置连接多少次之后删除该节点，该方式适合作为cache存储，不然会丢失Key；

3）支持设置HashTag，通过HashTag可以自己设定将两个KEYhash到同一个实例上去。

4）多种hash算法，并且可以设置后端实例的权重。

5）减少与redis的直接连接数：保持与redis的长连接，可设置代理与后台每个redis连接的数目，自动分片到后端多个redis实例上。

6）避免单点问题：可以平行部署多个代理层，客户端自动选择可用的一个。

7）高吞吐量：连接复用，内存复用，将多个连接请求，组成redis pipelining统一向redis请求。

Twemproxy的缺点：

1）不支持针对多个值的操作，比如取sets的子交并补等。

2）不支持Redis的事务操作。

3）对于已申请的内存不会释放，所有机器内存要大，且需要定期重启，不然就会出现客户端连接错误。

4）不支持动态增删节点，修改完配置需重启。

5）改变节点时，系统不会对已有数据重分配，不自己写脚本做数据迁移的话，会造成部分key丢失（key本身存在某redis上，只是key被哈希到了其他节点，造成“丢失”）。

6）权重直接影响key的哈希结果，改变节点权重会造成部分key丢失。

7）默认Twemproxy是单线程运行，但是大部分使用Twemproxy的公司都会自行进行二次开发一下，改成多线程。

总体来说，twemproxy还是非常的靠谱，虽然性能有损失，但是相对来说还是很值得的，而且久经考验，使用非常广泛。关于更多更加详细的资料请参考官方文档。另外twemproxy只适合静态集群，不适合需要动态增删节点，手动调整负载的场景，如果我们直接来用，需要做开发改进工作。https://github.com/wandoulabs/codis这个系统基于twemproxy，增加了动态数据迁移等功能，具体使用方法需要进一步测试。

Twemproxy使用架构

第一种：单节点Twemproxy

ps：节省硬件资源，但容易有单点故障。

第二种：高可用Twemproxy

PS：浪费二分之一的资源，但是节点高可用。

第三种：负载均衡Twemproxy

PS：如果你是大规模Redis或Memcached应用场景，就可以做Twemproxy的负载军和场景，也就是在高可用Twemproxy的基础上加LVS节点，利用LVS（Linux virtual server）做Twemproxy的负载均衡，LVS是四层负载均衡技术，有很强大的代理能力，具体可以看本博客的LVS章节介绍。但是当你使用LVS之后，又出现了Twemproxy的问题，单点故障故障问题，这个时候又要跟给LVS做高可用了。利用OSPF路由技术，LVS也可以实现负载均衡。而这个架构也就是我目前工作中正在使用的架构方式。

另外不管使用以上哪种架构方式，都无法避免Redis的单点故障问题，Redis持久化也无法避免硬件故障问题。如果必须要保证Redis数据访问的不可中断性，那你还是使用Redis集群模式吧，集群模式目前对JAVA支持还不错，工作中也有大量的使用。

安装Twemproxy

1、下载Twemproxy

请将以下语句重写为一句话： 将 twemproxy 存储库克隆到本地计算机，使用以下命令：git clone https://github.com/twitter/twemproxy.git 重写后： 在本地计算机上使用以下命令 git clone https://github.com/twitter/twemproxy.git 克隆 twemproxy 存储库

2、安装Twemproxy

Twemproxy需要使用Autoconf进行编译配置。 GNU Autoconf是一个在Bourne shell下制作供编译、安装和打包软件的配置脚本的工具。Autoconf并不受程序语言限制，常用于C、C 、Erlang和Objective-C。配置脚本控制了一个软件包在特定系统上的安装。通过进行一系列测试，配置脚本从模板生成了makefile和头文件，并根据需要调整了软件包，使其适用于特定的系统。Autoconf, along with Automake and Libtool, form the GNU Build System.。Autoconf由戴维·麦肯思于1991年夏天编写用于支持他在自由软件基金会的编程工作。Autoconf已经整合了多个人编写的改进代码，并成为了最广泛使用的自由编译配置软件。

下面开始使用autoreconf对twemproxy编译配置:

[root@www twemproxy]# autoreconfconfigure.ac:8: error: Autoconf version 2.64 or higher is required
configure.ac:8: the top level
autom4te: /usr/bin/m4 failed with exit status: 63
aclocal: autom4te failed with exit status: 63
autoreconf: aclocal failed with exit status: 63
[root@www twemproxy]# autoconf --versionautoconf (GNU Autoconf) 2.63

提示autoreconf 的版本过低，上面使用的是autoconf 2.63版本的，所以下面下载autoconf 2.69版本进行编译安装。注意如果你是CentOS6，那么你的默认版本就是2.63，如果你是CentOS7，那么你的默认版本应该是2.69，如果你是Debian8或Ubuntu16，那么你的默认版本应该也是2.69。反正如果执行autoreconf报错就说明版本低了，需要编译安装了。

编译安装Autoconf

[root@www ~]# wget http://ftp.gnu.org/gnu/autoconf/autoconf-2.69.tar.gz[root@www ~]# tar xvf autoconf-2.69.tar.gz[root@www ~]# cd autoconf-2.69[root@www autoconf-2.69]# ./configure --prefix=/usr[root@www autoconf-2.69]# make && make install[root@www autoconf-2.69]# autoconf --versionautoconf (GNU Autoconf) 2.69

编译安装Twemproxy

[root@www ~]# cd /root/twemproxy/[root@www twemproxy]# autoreconf -fvi[root@www twemproxy]# ./configure --prefix=/etc/twemproxy CFLAGS="-DGRACEFUL -g -O2" --enable-debug=full[root@www twemproxy]# make && make install

如果autoreconf -fvi时报如下错误，就是要安装libtool工具，需要依赖libtool（如果是CentOS直接使用yum install libtool即可，如果是Debian直接使用apt-get install libtool即可）。

autoreconf: Entering directory `.'
autoreconf: configure.ac: not using Gettext
autoreconf: running: aclocal --force -I m4
autoreconf: configure.ac: tracing
autoreconf: configure.ac: adding subdirectory contrib/yaml-0.1.4 to autoreconf
autoreconf: Entering directory `contrib/yaml-0.1.4'autoreconf: configure.ac: not using Autoconf
autoreconf: Leaving directory `contrib/yaml-0.1.4'
autoreconf: configure.ac: not using Libtool
autoreconf: running: /usr/bin/autoconf --force
configure.ac:36: error: possibly undefined macro: AC_PROG_LIBTOOL
     If this token and others are legitimate, please use m4_pattern_allow.
     See the Autoconf documentation.
autoreconf: /usr/bin/autoconf failed with exit status: 1

Twemproxy添加配置文件

[root@www twemproxy]# mkdir /etc/twemproxy/conf[root@www twemproxy]# cat /etc/twemproxy/conf/nutcracker.ymlredis-cluster:
 listen: 0.0.0.0:22122
 hash: fnv1a_64
 distribution: ketama
 timeout: 400
 backlog: 65535
 preconnect: true redis: true server_connections: 1
 auto_eject_hosts: true server_retry_timeout: 60000
 server_failure_limit: 3
 servers:
   - 172.16.0.172:6546:1 redis01
   - 172.16.0.172:6547:1 redis02

配置选项介绍：

redis-cluster：给这个配置段取一个名字，可以有多个配置段；

listen：设置监控IP和端口端口；

hash：具体的hash函数，支持md5，crc16，crc32，finv1a_32，fnv1a_64，hsieh，murmur，jenkins等十多种，一般选用fnv1a_64可以了，默认也是fnv1a_64;

重写：使用hash_tag功能可以根据key的某个部分计算key的哈希值。hash_tag由两个字符组成，一个是hash_tag的开始，另外一个是hash_tag的结束，在hash_tag的开始和结束之间，是将用于计算key的hash值的部分，计算的结果会用于选择服务器。例如：如果hash_tag被定义为”{}”，那么key值为”user:{user1}:ids”和”user:{user1}:tweets”的hash值都是基于”user1”，最终会被映射到相同的服务器。而”user:user1:ids”将会使用整个key来计算hash，可能会被映射到不同的服务器。

distribution：指定哈希算法，这个哈希算法决定通过上面hash后的key如何分布在多个server上，默认是”ketama“一致性哈希。ketama：ketama一致性hash算法，会根据服务器构造出一个hash ring，并为ring上的节点分配hash范围。ketama的优势在于单个节点添加、删除之后，会最大程度上保持整个群集中缓存的key值可以被重用。modula：modula非常简单，就是根据key值的hash值取模，根据取模的结果选择对应的服务器。random：random是无论key值的hash是什么，都随机的选择一个服务器作为key值操作的目标。

timeout：设置twemproxy的超时时间，当timeout被设置后，如果在timeout的时间过后还没有从服务端得到回应，这时会将超时错误信息SERVER_ERROR Connection time out发送给客户端

backlog：监听TCP的backlog（连接等待队列）的长度，默认是512。

preconnect：指定是否在系统启动时，twemproxy就建立和所有redis的连接，默认是false，一个布尔值；

redis：指定此配置段否作为Redis做代理，如果不加redis为true的话，就可以为memcached集群做代理（这就是Twemproxy作为redis或memcached集群代理的唯一区别）；

redis_auth: 如果你的后端Redis开启了认证，那么就需要redis_auth指定认证的密码了；

server_connections：twemproxy与每台redis服务器的连接数，默认就是1，如果大于1，用户命令可能发到不同的连接上，可能造成命令的实际执行顺序和用户指定的不一致（类似并发）；

auto_eject_hosts：是否在节点无法响应的时候剔除，默认为true，但是需要注意，节点剔除后，因为机器数减少，机器哈希位置变化，会造成部分key无法命中，但是不剔除程序连接就会报错；

server_retry_timeout：控制服务器连接的时间间隔，单位是毫秒，在auto_eject_host被设置为true的时候产生作用，默认是30000毫秒；

server_failure_limit：Redis连续超时的次数，超过这个次数就视其为无法连接，如果auto_eject_hosts设置为true，那么此Redis会被移除；

servers：一个pool中的服务器的地址、端口和权重的列表，包括一个可选的服务器的名字，如果提供服务器的名字，将会使用它决定server的次序，从而提供对应的一致性hash的hash ring。否则，将使用server被定义的次序，可以通过两种字符串格式指定’host:port:weight’或者’host:port:weight name’。一般都是使用第二种别名的方式，这样当其中某个Redis节点出现问题时，可以直接添加一个新的Redis节点但服务器名字不要改变，这样twemproxy还是使用相同的服务器名称进行hash ring，所以其他数据节点的数据不会出现问题（只有挂点的机器数据丢失）。

PS：要严格按照Twemproxy配置文件的格式来，不然就会有语法错误；另外，在Twemproxy的配置文件中可以同时设置代理Redis集群或Memcached集群，只需要定义不同的配置段即可。

启动twemproxy (nutcracker)

刚已经加好了配置文件，现在测试下配置文件：

[root@www twemproxy]# /etc/twemproxy/sbin/nutcracker -tnutcracker: configuration file 'conf/nutcracker.yml' syntax is ok

说明配置文件已经成功，现在开始运行nutcracker：

[root@www ~]# /etc/twemproxy/sbin/nutcracker -c /etc/twemproxy/conf/nutcracker.yml -p /var/run/nutcracker.pid -o /var/log/nutcracker.log -d选项说明:

-h, –help                #查看帮助文档，显示命令选项;-V, –version             #查看nutcracker版本;-c, –conf-file=S         #指定配置文件路径 (default: conf/nutcracker.yml);-p, –pid-file=S          #指定进程pid文件路径，默认关闭 (default: off);-o, –output=S            #设置日志输出路径，默认为标准错误输出 (default: stderr);-d, –daemonize           #以守护进程运行;-t, –test-conf           #测试配置脚本的正确性;-D, –describe-stats      #打印状态描述;-v, –verbosity=N         #设置日志级别 (default: 5, min: 0, max: 11);-s, –stats-port=N        #设置状态监控端口，默认22222 (default: 22222);-a, –stats-addr=S        #设置状态监控IP，默认0.0.0.0 (default: 0.0.0.0);-i, –stats-interval=N    #设置状态聚合间隔 (default: 30000 msec);-m, –mbuf-size=N         #设置mbuf块大小，以bytes单位 (default: 16384 bytes);

PS:一般在生产环境中，都是使用进程管理工具来进行twemproxy的启动管理，如supervisor或pm2工具，避免当进程挂掉的时候能够自动拉起进程。

验证是否正常启动

[root@www ~]# ps aux | grep nutcrackerroot     20002  0.0  0.0  19312   916 ?        Sl   18:48   0:00 /etc/twemproxy/sbin/nutcracker -c /etc/twemproxy/conf/nutcracker.yml -p /var/run/nutcracker.pid -o /var/log/nutcracker.log -d
root     20006  0.0  0.0 103252   832 pts/0    S+   18:48   0:00 grep nutcracker
[root@www ~]# netstat -nplt | grep 22122tcp        0      0 0.0.0.0:22122               0.0.0.0:*                   LISTEN      20002/nutcracker

Twemproxy代理Redis集群

这里我们使用第一种方案在同一台主机上测试Twemproxy代理Redis集群，一个twemproxy和两个Redis节点（想添加更多的也可以）。Twemproxy就是用上面的配置了，下面只需要增加两个Redis节点。

安装配置Redis

在安装Redis之前，需要安装Redis的依赖程序tcl，如果不安装tcl在Redis执行make test的时候就会报错的哦。

[root@www ~]# yum install -y tcl[root@www ~]# wget https://github.com/antirez/redis/archive/3.2.0.tar.gz[root@www ~]# tar xvf 3.2.0.tar.gz -C /usr/local[root@www ~]# cd /usr/local/[root@www local]# mv redis-3.2.0 redis[root@www local]# cd redis[root@www redis]# make[root@www redis]# make test[root@www redis]# make install

配置两个Redis节点

[root@www ~]# mkdir /data/redis-6546[root@www ~]# mkdir /data/redis-6547[root@www ~]# cat /data/redis-6546/redis.confdaemonize yes
pidfile /var/run/redis/redis-server.pid
port 6546bind 0.0.0.0
loglevel notice
logfile /var/log/redis/redis-6546.log

[root@www ~]# cat /data/redis-6547/redis.confdaemonize yes
pidfile /var/run/redis/redis-server.pid
port 6547bind 0.0.0.0
loglevel notice
logfile /var/log/redis/redis-6547.log

PS：简单提供两个Redis配置文件，如果开启了Redis认证，那么在twemproxy中也需要填写Redis密码。

启动两个Redis节点

[root@www ~]# /usr/local/redis/src/redis-server /data/redis-6546/redis.conf[root@www ~]# /usr/local/redis/src/redis-server /data/redis-6547/redis.conf[root@www ~]# ps aux | grep redisroot     23656  0.0  0.0  40204  3332 ?        Ssl  20:14   0:00 redis-server 0.0.0.0:6546              
root     24263  0.0  0.0  40204  3332 ?        Ssl  20:16   0:00 redis-server 0.0.0.0:6547

验证Twemproxy读写数据

首先twemproxy配置项中servers的主机要配置正确，然后连接Twemproxy的22122端口即可测试。

[root@www ~]# redis-cli -p 22122127.0.0.1:22122> set key vlaue
OK
127.0.0.1:22122> get key"vlaue"127.0.0.1:22122> FLUSHALL
Error: Server closed the connection
127.0.0.1:22122> quit

上面我们set一个key，然后通过twemproxy也可以获取到数据，一切正常。但是在twemproxy中使用flushall命令就不行了，不支持。

然后我们去找分别连接两个redis节点，看看数据是否出现在某一个节点上了，如果有，就说明twemproxy正常运行了。

[root@www ~]# redis-cli -p 6546127.0.0.1:6546> get key
(nil)
127.0.0.1:6546>

由上面的结果我们可以看到，数据存储到6547节点上了。目前没有很好的办法明确知道某个key存储到某个后端节点了。

如何Reload twemproxy？

Twemproxy没有为启动提供脚本，只能通过命令行参数启动。所以，无法使用对twemproxy进行reload的操作，在生产环境中，一个应用无法reload（重载配置文件）是一个灾难。当你对twemproxy进行增删节点时如果直接使用restart的话势必会影响线上的业务。所以最好的办法还是reload，既然twemproxy没有提供，那么可以使用kill命令带一个信号，然后跟上twemproxy主进程的进行号即可。

kill -SIGHUP PID

注意，PID就是twemproxy master进程。

以上是Redis数据分片如何实现的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！