Redis Cluster 故障转移与 Slot 迁移避坑指南：断点续传的艺术

Redis Cluster 故障转移与 Slot 迁移避坑指南：断点续传的艺术

大家好，我是你们的“老司机”码农哥。

今天咱们来聊聊 Redis Cluster，这个在互联网大厂里被广泛应用的分布式缓存系统。相信在座的各位，或多或少都跟 Redis 打过交道，尤其是那些需要构建高可用、高性能系统的运维兄弟们，Redis Cluster 更是你们的“心头好”。

但是，Redis Cluster 虽然好用，但也不是“万金油”。在实际生产环境中，各种各样的问题层出不穷，尤其是在节点故障、Slot 迁移的时候，稍有不慎，就会导致数据丢失、服务不可用，甚至引发“雪崩效应”。

今天，码农哥就结合自己多年的“踩坑”经验，跟大家分享一下 Redis Cluster 在故障转移和 Slot 迁移过程中，需要注意的那些事儿，尤其是如何实现“断点续传”，保证数据安全和服务的稳定。

1. Redis Cluster 故障转移：没那么简单！

咱们先来说说 Redis Cluster 的故障转移机制。简单来说，就是当一个主节点（Master）挂了，集群会自动从它的从节点（Slave）中选出一个新的主节点，接替它的工作，保证服务的持续可用。

这个过程看似简单，但实际上，里面有很多细节需要注意：

• 故障检测： Redis Cluster 通过 Gossip 协议，在节点之间互相“八卦”，检测彼此的状态。如果一个节点在一段时间内没有收到其他节点的“心跳”，就会被标记为疑似下线（PFAIL）。当集群中大多数主节点都认为某个节点 PFAIL，这个节点就会被标记为确定下线（FAIL），触发故障转移。
• 选举过程： 当一个主节点被标记为 FAIL，它的从节点会发起选举，争夺“皇位”。选举过程基于 Raft 算法，保证最终只有一个从节点能够胜出，成为新的主节点。
• 数据同步： 新的主节点上位后，需要从其他从节点同步数据，保证数据的一致性。这个过程可能会比较耗时，取决于数据量的大小和网络状况。

那么，在故障转移过程中，可能会遇到哪些坑呢？

1. 脑裂（Split Brain）： 这是分布式系统中的一个经典问题。如果网络出现分区，导致集群分裂成多个小集群，每个小集群都认为自己是“正统”，各自选举出新的主节点，就会导致数据不一致，甚至丢失。
2. 选举超时： 如果网络状况不好，或者从节点数量太多，选举过程可能会超时，导致故障转移失败。
3. 数据丢失： 如果主节点在故障前，还有部分数据没有同步到从节点，那么在故障转移后，这部分数据就会丢失。
4. 客户端连接问题: 客户端在故障转移期间如果无法快速感知并切换到新的主节点，会导致服务短暂不可用。

2. Slot 迁移：步步惊心！

再来说说 Slot 迁移。Redis Cluster 将所有的数据分成 16384 个 Slot（槽），每个主节点负责一部分 Slot。当我们需要扩容、缩容或者调整负载均衡时，就需要进行 Slot 迁移，将一部分 Slot 从一个主节点迁移到另一个主节点。

Slot 迁移的过程，比故障转移更加复杂，也更容易出错：

• 迁移过程： 迁移过程中，源节点会将 Slot 中的数据逐步迁移到目标节点。为了保证数据的一致性，迁移过程中，源节点仍然可以处理该 Slot 的读请求，但写请求会被重定向到目标节点。
• 原子性： Slot 迁移不是原子操作。也就是说，在迁移过程中，如果发生故障，可能会导致 Slot 处于中间状态，一部分数据在源节点，一部分数据在目标节点。

Slot 迁移过程中，常见的坑有哪些？

1. 迁移中断： 如果在迁移过程中，源节点或者目标节点发生故障，迁移就会中断。如果处理不当，可能会导致数据丢失或者 Slot 状态不一致。
2. 迁移超时： 如果迁移的数据量太大，或者网络状况不好，迁移过程可能会超时，导致迁移失败。
3. 客户端感知： 在迁移过程中，客户端需要能够感知 Slot 的变化，并将请求发送到正确的节点。如果客户端没有及时更新 Slot 信息，可能会导致请求失败。
4. ASK 和 MOVED 重定向: 客户端需要正确处理ASK和MOVED重定向，否则会影响迁移的顺利进行.

3. 断点续传：终极奥义！

说了这么多，大家是不是觉得 Redis Cluster 故障转移和 Slot 迁移，简直就是“步步惊心”？别担心，码农哥今天就是来给大家“排雷”的。

咱们的核心目标，就是实现“断点续传”，保证在故障发生时，能够尽可能地减少数据丢失，快速恢复服务。

如何实现“断点续传”呢？

这里，我们要引入一个重要的概念：Redis Cluster 的 MIGRATE 命令。

MIGRATE 命令是 Redis Cluster 用于迁移 Slot 的核心命令。它支持以下几个关键特性：

• COPY： 将 Slot 中的数据复制到目标节点，但不删除源节点的数据。
• REPLACE： 如果目标节点已经存在相同的 key，则覆盖。
• FLUSH： 迁移完成后，删除源节点的数据。
• AUTH： 如果目标节点需要密码认证，可以使用该选项。
• TIMEOUT: 设置迁移超时时间。

利用 MIGRATE 命令的这些特性，我们可以实现一个“断点续传”的迁移方案：

1. 分批迁移： 不要一次性迁移整个 Slot，而是将 Slot 中的 key 分成多个批次，逐批迁移。这样，即使在迁移过程中发生故障，也只会影响当前批次的 key，不会影响整个 Slot。
2. 记录迁移状态： 在迁移过程中，记录每个批次的迁移状态（例如，已迁移的 key 数量、是否迁移成功等）。可以将这些状态信息保存在 Redis 中，或者其他的存储系统中。
3. 故障恢复： 如果在迁移过程中发生故障，可以根据记录的迁移状态，从上次中断的地方继续迁移，实现“断点续传”。
4. 使用 COPY 和 REPLACE： 在迁移过程中，使用 COPY 和 REPLACE 选项，保证数据不会丢失，即使目标节点已经存在相同的 key，也会被覆盖。
5. 监控迁移过程: 实时监控迁移的进度和状态, 及时发现并处理异常情况。
6. 客户端处理: 客户端需要能够处理 ASK 和 MOVED 重定向，根据重定向信息将请求发送到正确的节点。

具体实现步骤：

1. 获取 Slot 中的所有 key。
2. 将 key 分成多个批次（例如，每个批次 1000 个 key）。
3. 对于每个批次，执行以下操作：
   • 使用 MIGRATE 命令，将批次中的 key 迁移到目标节点。
   • 记录迁移状态（例如，已迁移的 key 数量、是否迁移成功等）。
   • 如果迁移失败，重试几次。如果仍然失败，记录错误信息，并跳过该批次。
4. 所有批次迁移完成后，使用 MIGRATE 命令的 FLUSH 选项，删除源节点的数据。

代码示例（Python）：

import redis
 
# 源节点
src_host = '127.0.0.1'
src_port = 6379
src_password = None
 
# 目标节点
tgt_host = '127.0.0.1'
tgt_port = 6380
tgt_password = None
 
# Slot
slot = 1000
 
# 批次大小
batch_size = 1000
 
# 连接源节点
src_redis = redis.StrictRedis(host=src_host, port=src_port, password=src_password, decode_responses=True)
 
# 连接目标节点
tgt_redis = redis.StrictRedis(host=tgt_host, port=tgt_port, password=tgt_password, decode_responses=True)
 
# 获取 Slot 中的所有 key
def get_keys_in_slot(r, slot):
    keys = []
    cursor = 0
    while True:
        cursor, results = r.cluster('scan', cursor, 'match', f'{{{slot}}}*', 'count', 100)
       # 重点：cluster scan 不保证一次返回所有key
        keys.extend(results)
        if cursor == 0:
            break
    return keys
 
 
# 迁移批次
def migrate_batch(src_redis, tgt_redis, slot, keys):
    try:
        src_redis.execute_command('MIGRATE', tgt_host, tgt_port, '', 0, 5000, 'COPY', 'REPLACE', 'KEYS', *keys)
        return True
    except Exception as e:
        print(f'迁移失败: {e}')
        return False
 
 
# 获取 Slot 中的所有 key
keys = get_keys_in_slot(src_redis, slot)
 
# 分批迁移
for i in range(0, len(keys), batch_size):
    batch = keys[i:i + batch_size]
    print(f'正在迁移批次: {i}-{i + batch_size}')
    if migrate_batch(src_redis, tgt_redis, slot, batch):
        print(f'批次迁移成功')
    else:
        print(f'批次迁移失败')
 
# 迁移完成后，删除源节点的数据(可选,根据自己需求进行调整)
#src_redis.execute_command('MIGRATE', tgt_host, tgt_port, '', 0, 5000, 'FLUSH', 'KEYS', *keys)
 
print('迁移完成')

注意事项：

• 上述代码只是一个示例，实际应用中需要根据具体情况进行调整。
• 在生产环境中，建议使用更成熟的工具进行 Slot 迁移，例如 redis-trib.rb（Redis 官方提供的工具）或者 Codis-Proxy（豌豆荚开源的 Redis 代理）。
• 在迁移过程中，需要密切关注集群的状态，及时发现并处理异常情况。
• 在迁移完成后，需要对数据进行验证，确保数据的一致性。
• 客户端程序需要能够感知集群拓扑的变化，支持ASK/MOVED错误,并能正确处理重定向。

4. 总结

Redis Cluster 的故障转移和 Slot 迁移，是运维工作中常见的挑战。通过合理的策略和工具，我们可以实现“断点续传”，保证数据安全和服务的稳定。

希望今天的分享，能够帮助大家更好地理解 Redis Cluster，并在实际工作中少走弯路。如果你有任何问题，欢迎在评论区留言，码农哥会尽力解答。

记住，技术之路，永无止境。让我们一起学习，一起进步！