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Comment Redis implémente la fonction d'extension du partage de données

王林

Libérer： 2023-11-07 10:34:11

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Comment Redis implémente la fonction dextension du partage de données

Redis est une base de données de valeurs-clés open source largement utilisée. Elle est privilégiée par les développeurs pour ses hautes performances, sa faible latence, sa concurrence élevée et d'autres avantages. Cependant, à mesure que la quantité de données continue d’augmenter, Redis à nœud unique ne peut plus répondre aux besoins de l’entreprise. Afin de résoudre ce problème, Redis a introduit la fonction de partage de données pour réaliser une expansion horizontale des données et améliorer les performances globales de Redis.

Cet article présentera comment Redis implémente la fonction d'expansion du partage de données et fournira des exemples de code spécifiques.

1. Principe du partage de données Redis

Le partage de données Redis fait référence au stockage d'un ensemble de données (tel qu'une valeur-clé) dans plusieurs instances Redis, ce qui signifie diviser un cluster Redis en plusieurs nœuds responsables de différentes données. La méthode de mise en œuvre spécifique est la suivante :

Utilisez un algorithme de hachage cohérent

L'algorithme de hachage cohérent peut répartir uniformément les données sur plusieurs nœuds, et chaque nœud ne sera pas responsable de trop ou pas assez de données. Pour l’ajout de nouveaux nœuds, seule une petite quantité de migration de données est requise pour compléter l’équilibre des données.

Ajouter des nœuds virtuels

Afin d'éviter un déséquilibre de charge des nœuds et un point de défaillance unique, vous pouvez ajouter plusieurs nœuds virtuels à chaque nœud physique et mapper ces nœuds virtuels à la collecte de données, afin que les données soient dispersées plus uniformément. sur chaque nœud physique.

2. Implémentation du partage de données Redis

Voici les étapes spécifiques à suivre par Redis pour implémenter la fonction de partage de données :

Créer un cluster Redis

À l'aide de l'outil de cluster Redis, vous pouvez facilement et rapidement créer un cluster Redis cluster, qui ne sera pas décrit ici.

Utiliser un algorithme de hachage cohérent

Redis fournit un allocateur d'emplacement de hachage, qui peut allouer des données à différents nœuds selon l'algorithme de hachage cohérent. L'exemple est le suivant :

hash_slot_cnt = 16384  # hash槽数量

def get_slot(s):
    return crc16(s) % hash_slot_cnt  # 根据字符串s计算其hash槽

class RedisCluster:
    def __init__(self, nodes):
        self.nodes = nodes  # 节点列表
        self.slot2node = {}

        for node in self.nodes:
            for slot in node['slots']:
                self.slot2node[slot] = node

    def get_node(self, key):
        slot = get_slot(key)
        return self.slot2node[slot]  # 根据key获取节点

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Ajouter des nœuds virtuels

Pour éviter. un seul nœud contre le crash ou la surcharge, nous pouvons utiliser des nœuds virtuels. Les exemples sont les suivants :

virtual_node_num = 10  # 每个实际节点添加10个虚拟节点

class RedisCluster:
    def __init__(self, nodes):
        self.nodes = nodes
        self.slot2node = {}

        for node in self.nodes:
            for i in range(virtual_node_num):
                virtual_slot = crc16(node['host'] + str(i)) % hash_slot_cnt
                self.slot2node[virtual_slot] = node

    def get_node(self, key):
        slot = get_slot(key)
        return self.slot2node[slot]

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Migration des données

Lorsqu'un nouveau nœud rejoint ou qu'un ancien nœud quitte le cluster, la migration des données est requise. Redistribuez les données initialement affectées à l'ancien nœud vers le nouveau nœud. L'exemple est le suivant :

def migrate_slot(from_node, to_node, slot):
    if from_node == to_node:  # 节点相同，不需要进行迁移
        return

    data = from_node['client'].cluster('getkeysinslot', slot, 10)
    print('migrate %d keys to node %s' % (len(data), to_node['host']))

    if data:
        to_node['client'].migrate(to_node['host'], hash_slot_cnt, '', 0, 1000, keys=data)

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3. Exemple de code complet

Ce qui suit est un exemple de code complet permettant à Redis d'implémenter la fonction d'expansion du partage de données :

import redis

hash_slot_cnt = 16384  # hash槽数量
virtual_node_num = 10  # 每个实际节点添加10个虚拟节点

def get_slot(s):
    return crc16(s) % hash_slot_cnt

def migrate_slot(from_node, to_node, slot):
    if from_node == to_node:
        return

    data = from_node['client'].cluster('getkeysinslot', slot, 10)
    print('migrate %d keys to node %s' % (len(data), to_node['host']))

    if data:
        to_node['client'].migrate(to_node['host'], hash_slot_cnt, '', 0, 1000, keys=data)

class RedisCluster:
    def __init__(self, nodes):
        self.nodes = nodes
        self.slot2node = {}

        for node in self.nodes:
            for i in range(virtual_node_num):
                virtual_slot = crc16(node['host'] + str(i)) % hash_slot_cnt
                self.slot2node[virtual_slot] = node

    def get_node(self, key):
        slot = get_slot(key)
        return self.slot2node[slot]

    def add_node(self, node):
        self.nodes.append(node)

        for i in range(virtual_node_num):
            virtual_slot = crc16(node['host'] + str(i)) % hash_slot_cnt
            self.slot2node[virtual_slot] = node

        for slot in range(hash_slot_cnt):
            if self.slot2node[slot]['host'] == node['host']:
                migrate_slot(self.slot2node[slot], node, slot)

    def remove_node(self, node):
        self.nodes.remove(node)

        for i in range(virtual_node_num):
            virtual_slot = crc16(node['host'] + str(i)) % hash_slot_cnt
            del self.slot2node[virtual_slot]

        for slot in range(hash_slot_cnt):
            if self.slot2node[slot]['host'] == node['host']:
                new_node = None

                for i in range(len(self.nodes)):
                    if self.nodes[i]['host'] != node['host'] and self.nodes[i]['slots']:
                        new_node = self.nodes[i]
                        break

                if new_node:
                    migrate_slot(node, new_node, slot)
                else:
                    print('no new node for slot %d' % slot)

if __name__ == '__main__':
    nodes = [
        {'host': '127.0.0.1', 'port': 7000, 'slots': [0, 1, 2]},
        {'host': '127.0.0.1', 'port': 7001, 'slots': [3, 4, 5]},
        {'host': '127.0.0.1', 'port': 7002, 'slots': [6, 7, 8]},
        {'host': '127.0.0.1', 'port': 7003, 'slots': []},
        {'host': '127.0.0.1', 'port': 7004, 'slots': []},
        {'host': '127.0.0.1', 'port': 7005, 'slots': []},
        {'host': '127.0.0.1', 'port': 7006, 'slots': []},
        {'host': '127.0.0.1', 'port': 7007, 'slots': []},
        {'host': '127.0.0.1', 'port': 7008, 'slots': []},
        {'host': '127.0.0.1', 'port': 7009, 'slots': []},
    ]

    clients = []
    for node in nodes:
        client = redis.Redis(host=node['host'], port=node['port'])
        node['client'] = client
        clients.append(client)

    cluster = RedisCluster(nodes)

    for key in range(100):
        node = cluster.get_node(str(key))
        node['client'].set('key_%d' % key, key)

    cluster.add_node({'host': '127.0.0.1', 'port': 7010, 'slots': []})

    for key in range(100, 200):
        node = cluster.get_node(str(key))
        node['client'].set('key_%d' % key, key)

    cluster.remove_node(nodes[-1])

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Le code ci-dessus crée un cluster Redis, ajoute de nouveaux nœuds et supprime les anciens. nœuds, démontrant la dispersion de l’équilibre des données et la migration des données.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!