Redis Cluster 在线扩容：原理、步骤、避坑指南

Redis Cluster 在线扩容：原理、步骤、避坑指南

你好，我是你们的 Redis 运维老司机“码农老王”。今天咱们来聊聊 Redis Cluster 的在线扩容。相信不少朋友都遇到过这样的场景：随着业务增长，Redis 集群容量告急，不得不进行扩容。但又不能停服，怎么办？别慌，Redis Cluster 的在线扩容功能就是为此而生的。

为什么需要在线扩容？

在传统的单机 Redis 或主从架构中，扩容通常需要停机迁移数据，这对于许多关键业务来说是不可接受的。Redis Cluster 的出现，通过数据分片（sharding）和分布式管理，实现了高可用和可扩展性。在线扩容是其核心能力之一，允许你在不中断服务的情况下增加集群节点，提升容量和性能。

Redis Cluster 扩容的核心：Slot 迁移

在深入讲解之前，咱们先来复习一下 Redis Cluster 的基础知识。Redis Cluster 将所有数据划分为 16384 个槽（slot），每个键通过 CRC16 校验后对 16384 取模，决定其归属于哪个槽。每个节点负责一部分槽及其对应的数据。扩容的本质，就是将一部分槽从现有节点迁移到新节点。

划重点：Slot 是 Redis Cluster 数据管理的最小单位，扩容就是 Slot 的迁移。

扩容的详细步骤

下面，咱们一步步拆解 Redis Cluster 的扩容流程。我会结合实际操作命令和示意图，让你看得明明白白。

1. 准备新节点

首先，你需要准备好新的 Redis 节点。这些节点可以是新的物理机、虚拟机或 Docker 容器。确保新节点已经安装了 Redis，并且配置与现有集群节点基本一致（例如，端口、密码、cluster-enabled 配置等）。

2. 将新节点添加到集群

使用 redis-cli --cluster add-node 命令将新节点添加到集群。这个命令需要指定新节点的 IP 和端口，以及集群中任意一个现有节点的 IP 和端口。

redis-cli --cluster add-node <new_node_ip>:<new_node_port> <existing_node_ip>:<existing_node_port>

例如：

redis-cli --cluster add-node 192.168.1.10:7000 192.168.1.1:7000

这条命令将 192.168.1.10:7000 这个新节点添加到集群中，并通过 192.168.1.1:7000 这个现有节点进行集群信息的同步。

注意： 新添加的节点默认是 master 节点，没有任何 slot。

3. Slot 迁移

接下来是关键步骤：Slot 迁移。我们需要使用 redis-cli --cluster reshard 命令来执行迁移操作。

redis-cli --cluster reshard <any_node_ip>:<any_node_port>

例如：

redis-cli --cluster reshard 192.168.1.1:7000

执行这个命令后，redis-cli 会进入一个交互式界面，引导你完成迁移配置：

• How many slots do you want to move (from 1 to 16384)? 你需要输入要迁移的 slot 数量。这个数量决定了新节点的负载。建议根据集群的整体负载和新节点的性能，分批次迁移，避免一次性迁移过多 slot 导致集群抖动。
• What is the receiving node ID? 你需要输入接收 slot 的节点 ID，也就是新节点的 ID。可以通过 redis-cli cluster nodes 命令查看。
• Source nodes IDs: 你需要选择从哪些节点迁出 slot。可以指定多个节点 ID，也可以输入 all 表示从所有节点平均迁出。

在确认迁移计划后，redis-cli 会逐个迁移 slot。每个 slot 的迁移过程如下：

1. 在目标节点（新节点）上设置 slot 为 IMPORTING 状态。 这表示目标节点准备接收来自源节点的这个 slot 的数据。
2. 在源节点上设置 slot 为 MIGRATING 状态。 这表示源节点准备将这个 slot 的数据迁移到目标节点。源节点会继续处理这个 slot 的读写请求，但对于写请求，会先将数据写入本地，然后异步复制到目标节点。
3. 源节点逐个将 slot 中的键值对迁移到目标节点。 使用 MIGRATE 命令进行键的迁移。MIGRATE 命令具有原子性，保证了数据的一致性。
4. 迁移完成后，向集群中的所有节点广播 PONG 消息，通知 slot 迁移完成。 所有节点更新自己的 slot 映射信息。

4. 客户端重定向

在 slot 迁移过程中，客户端可能会访问到正在迁移的 slot。Redis Cluster 通过 ASK 和 MOVED 两种重定向机制，保证客户端能够正确访问数据。

• ASK 重定向： 当客户端访问一个处于 MIGRATING 状态的 slot 时，源节点会返回一个 -ASK 错误，并告知客户端目标节点的地址。客户端收到 -ASK 错误后，会先向目标节点发送 ASKING 命令，然后再发送实际的请求。
• MOVED 重定向： 当客户端访问一个已经迁移完成的 slot 时，如果客户端的 slot 映射信息还未更新，它可能会访问到原来的节点。这时，原来的节点会返回一个 -MOVED 错误，并告知客户端正确的节点地址。客户端收到 -MOVED 错误后，会更新自己的 slot 映射信息，并重新向正确的节点发送请求。

总结一下： ASK 是临时重定向，用于 slot 迁移过程中的请求；MOVED 是永久重定向，用于 slot 迁移完成后的请求。

5. 添加从节点（可选）

为了提高集群的可用性，你可以为新添加的 master 节点添加 slave 节点。使用 redis-cli --cluster add-node 命令，并指定 --cluster-slave 和 --cluster-master-id 选项。

redis-cli --cluster add-node <new_slave_ip>:<new_slave_port> <existing_node_ip>:<existing_node_port> --cluster-slave --cluster-master-id <new_master_id>

扩容过程中的注意事项

1. 监控集群状态： 在扩容过程中，密切监控集群的各项指标，如 CPU、内存、网络、QPS 等。可以使用 Redis 自带的监控工具，也可以使用第三方监控平台。
2. 分批次迁移： 不要一次性迁移过多 slot，建议分批次进行，每次迁移少量 slot，观察集群状态，确保稳定后再进行下一次迁移。
3. 避免大 key： 大 key 会导致迁移过程变慢，甚至阻塞集群。在扩容前，尽量避免大 key 的存在，或者将大 key 进行拆分。
4. 客户端兼容性： 确保你的 Redis 客户端支持 ASK 和 MOVED 重定向机制。一些老版本的客户端可能不支持，需要升级。
5. 备份数据： 在进行任何重大操作前，务必备份数据。虽然 Redis Cluster 本身具有高可用性，但备份可以防止意外情况发生。
6. 选择合适的迁移时间： 尽量选择业务低峰期进行扩容操作，减少对业务的影响。
7. 灰度发布： 如果条件允许，可以先将少量流量切换到新节点，观察一段时间，确认稳定后再进行全量切换。
8. 观察客户端连接数的变化: 迁移过程中以及迁移后, 观察新旧节点的客户端连接数, 确保客户端能够正确地连接到新的节点上.

常见问题及解决方案

• 迁移过程中出现错误怎么办？
  如果迁移过程中出现错误，redis-cli 会停止迁移。你可以根据错误信息进行排查，解决问题后，可以重新执行 reshard 命令，redis-cli 会从上次中断的地方继续迁移。
• 迁移速度很慢怎么办？
  迁移速度受多种因素影响，如网络带宽、节点性能、key 的大小等。可以尝试优化网络环境，提升节点性能，或者将大 key 进行拆分。
• 客户端无法连接到新节点怎么办？
  检查客户端配置，确保客户端支持 ASK 和 MOVED 重定向机制。检查网络连接，确保客户端可以访问到新节点。
• 迁移后, 客户端仍然连接到旧节点怎么办?
  这可能是因为客户端的 slot 映射信息没有及时更新. 可以尝试重启客户端, 或者使用支持自动更新 slot 映射信息的客户端库.
• 如何确定迁移是否完成?
  可以通过 redis-cli cluster nodes 命令查看所有节点的 slot 分配情况, 确认所有 slot 都已经分配到了正确的节点上.

总结

Redis Cluster 的在线扩容是一个相对复杂的操作，需要对 Redis Cluster 的原理有深入的理解。希望这篇文章能够帮助你更好地理解和掌握 Redis Cluster 的扩容技巧，让你在面对集群扩容时更加从容。

如果你在实际操作中遇到任何问题，欢迎随时向我提问。记住，实践出真知，多动手，多思考，你也能成为 Redis 专家！

（文章到此结束，希望对你有帮助！）