Redis集群扩容实战指南：从原理到生产环境最佳实践
一、背景
Redis 是一个高效的内存数据库，广泛用于缓存和高性能的数据存储。在大规模应用中，Redis 集群提供了分布式架构，允许将数据分散到多个节点中，以实现高可用性和水平扩展。但是，在实际生产中，随着数据量的增长和负载的变化，Redis 集群可能需要进行扩容和缩容操作。本文将介绍 Redis 集群的扩容与缩容操作，以及相关注意事项。
二、Redis集群扩容
1、扩容方案选择
Redis 集群的纵向扩容和横向扩容是提高数据库性能和存储容量的两种不同方式。在实际应用中，选择合适的扩容方式对于系统的稳定性和效率至关重要。
2、纵向扩容
- 增加单节点性能：
- 通过升级硬件资源（如CPU、内存、硬盘）来增强单个节点的处理能力和存储容量。
- 适用于数据量和请求量增长有限的场景，可以有效提升单个节点的性能。
- 需要考虑硬件升级带来的成本和维护复杂度。
- 优化配置参数：
- 调整Redis配置文件中的参数，如 maxmemory、maxmemory-policy 等，以优化内存使用和数据持久化策略。
- 可以通过调整这些参数来提高单个节点的性能和稳定性。
- 需要对Redis的性能瓶颈有深入的了解，以便做出合适的调整。
- 使用更高性能的存储介质：
- 将数据存储在SSD或NVMe等更快速的存储介质上，以提高数据的读写速度。
- 这对于数据密集型应用来说是一个有效的性能提升手段。
- 需要考虑存储介质的成本和兼容性。
- 利用操作系统特性：
- 调整操作系统级别的参数，如文件描述符限制、内存分配策略等，以提升Redis的性能。
- 这需要对操作系统有一定的了解和操作经验。
3、横向扩容
- 添加更多节点：
- 通过增加更多的Redis节点来分散负载，每个节点负责一部分数据和请求。
- 适用于大规模数据和高并发请求的场景，可以显著提高系统的处理能力。
- 需要考虑节点间的通信和数据一致性问题。
- 分片技术：
- 将数据分布到不同的节点上，每个节点只存储部分数据，通过哈希槽来实现数据的均匀分布。
- 这种方式可以提高数据的可扩展性和并行处理能力。
- 需要考虑数据的分片策略和哈希槽的管理。
- 复制机制：
- 为主节点配置从节点，实现数据的复制和备份，提高数据的可用性和容错性。
- 适用于对数据安全性有较高要求的场景。
- 需要考虑复制过程中的数据一致性和网络延迟问题。
- 动态添加节点：
- 在不停止服务的情况下，动态地向集群中添加新的节点，并自动迁移数据以实现负载均衡。
- 这种方式可以减少扩容过程中的停机时间，提高系统的可用性。
- 需要确保数据迁移过程中的数据一致性和完整性。
4、实战记录
我这边基于五台服务器部署了一个五主五从模式的Redis集群，初始服务器配置为16C/32G，每个实例的 maxmemory 参数配置为12G，随着业务量的增长以及数据存储类别的增加，Redis集群频繁出现资源告警，影响到业务层面，紧急对Redis进行了一次纵向扩容，即服务器配置升级为16C/64G，每个实例的 maxmemory 参数配置为24G。
一年后，每个实例的 used_memory 参数已经达到20G，而且开始触发了故障转移，导致某两个实例频繁出现全量同步，并且因为数据量较大无法在一个主从复制周期内完成全量同步，从而陷入频繁全量主从同步的情况，严重影响集群性能。经过对集群存储数据的分析、清理、参数调整等优化后，效果优化不显著，因此进行了横向扩容。
- 扩容规划
经过对现网数据量的评估及未来业务增长趋势的预测，确定根据评估结果确定是否需要扩容以及扩容的规模，计划新增六台配置一模一样的服务器，与现网五台服务器组成11主11从的Redis集群，预估扩容后单台实例的内存资源约下降至10G左右，保障Redis集群的稳定性。 - 集群角色规划
原集群主从角色部署架构图（假设IP地址192.168.0.1-192.168.0.5）：
扩容后新集群主从角色部署架构规划图（假设IP地址192.168.0.6-192.168.0.11）：
- 数据备份–重要
分别在原Redis节点上备份Redis的持久化文件，且迁移过程中避免直接重启节点，防止数据丢失。 - 部署新Redis节点
检查服务器的系统资源配置、网络配置，确保与现有节点资源配置一致，节点互通。分别在新增节点上部署并启动Redis实例（在此不做详述）。 - 将新主节点的实例加入集群，从节点暂不加入
# 添加新主节点-命令
/data/redis/redis-4.0/src/redis-trib.rb --cluster add-node <新节点IP>:6000 <现有节点IP>:6000
# 实操
/data/redis/redis-4.0/src/redis-trib.rb --cluster add-node 192.168.0.6:6000 192.168.0.1:6000
/data/redis/redis-4.0/src/redis-trib.rb --cluster add-node 192.168.0.7:6000 192.168.0.1:6000
/data/redis/redis-4.0/src/redis-trib.rb --cluster add-node 192.168.0.8:6000 192.168.0.1:6000
/data/redis/redis-4.0/src/redis-trib.rb --cluster add-node 192.168.0.9:6000 192.168.0.1:6000
/data/redis/redis-4.0/src/redis-trib.rb --cluster add-node 192.168.0.10:6000 192.168.0.1:6000
/data/redis/redis-4.0/src/redis-trib.rb --cluster add-node 192.168.0.11:6000 192.168.0