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Redis가 데이터 샤딩 확장 기능을 구현하는 방법

王林

풀어 주다： 2023-11-07 10:34:11

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Redis가 데이터 샤딩 확장 기능을 구현하는 방법

Redis는 널리 사용되는 오픈 소스 키-값 데이터베이스로, 고성능, 짧은 대기 시간, 높은 동시성 및 기타 장점으로 인해 개발자들이 선호합니다. 그러나 데이터 양이 계속 증가함에 따라 단일 노드 Redis는 더 이상 비즈니스 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Redis는 데이터의 수평적 확장을 달성하고 Redis의 전반적인 성능을 향상시키기 위해 데이터 샤딩 기능을 도입했습니다.

이 글에서는 Redis가 데이터 샤딩 확장 기능을 구현하는 방법을 소개하고 구체적인 코드 예제를 제공합니다.

1. Redis 데이터 샤딩의 원리

Redis 데이터 샤딩은 여러 Redis 인스턴스에 데이터 세트(예: 키-값)를 저장하는 것을 의미합니다. 이는 Redis 클러스터를 서로 다른 데이터를 담당하는 여러 노드로 나누는 것을 의미합니다. 구체적인 구현 방법은 다음과 같습니다.

일관된 해싱 알고리즘 사용

일관된 해싱 알고리즘은 여러 노드에 데이터를 균등하게 분배할 수 있으며 각 노드는 너무 많거나 적은 데이터에 대해 책임을 지지 않습니다. 새로운 노드를 추가하는 경우 데이터 균형을 완료하기 위해 소량의 데이터 마이그레이션만 필요합니다.

가상 노드 추가

노드 부하 불균형 및 단일 장애 지점을 방지하기 위해 각 물리적 노드에 여러 가상 노드를 추가하고 이러한 가상 노드를 데이터 컬렉션에 매핑하여 데이터가 더욱 고르게 분산되도록 할 수 있습니다. 각 물리적 노드에서.

2. Redis 데이터 샤딩 구현

다음은 Redis가 데이터 샤딩 기능을 구현하는 구체적인 단계입니다.

Redis 클러스터 생성

Redis 클러스터 도구를 사용하면 쉽고 빠르게 Redis를 생성할 수 있습니다. 여기서는 설명하지 않겠습니다.

일관된 해싱 알고리즘 사용

Redis는 일관적인 해싱 알고리즘에 따라 서로 다른 노드에 데이터를 할당할 수 있는 해시 슬롯 할당자를 제공합니다. 예는 다음과 같습니다.

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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가상 노드 추가

For 단일 노드가 충돌하거나 과부하되는 경우 가상 노드를 사용할 수 있습니다. 예는 다음과 같습니다:

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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Data migration

새 노드가 합류하거나 이전 노드가 클러스터를 떠나면 데이터 마이그레이션이 필요합니다. 원래 이전 노드에 할당된 데이터를 새 노드에 재배포합니다. 예시는 다음과 같습니다.

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. 전체 코드 예시

다음은 Redis에서 데이터 샤딩 확장 기능을 구현하는 전체 코드 예시입니다.

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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위 코드는 Redis 클러스터를 생성하고 새 노드를 추가하고 이전 노드를 삭제합니다. 노드, 데이터 균형 분산 및 데이터 마이그레이션을 시연합니다.

위 내용은 Redis가 데이터 샤딩 확장 기능을 구현하는 방법의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!