Twemproxy的介紹

Twitter的Twemproxy (https://github.com/twitter/twemproxy)是目前市面上用的最廣的使用做多的用來做redis集群服務(wù)。由于redis是單線程，而且官方的cluster 還不是很穩(wěn)定和廣泛使用。Twemproxy是一種代理分片機(jī)制，Twemproxy作為代理，可接受來自多個(gè)程序的訪問，按照路由規(guī)則，轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)的各個(gè)Redis服務(wù)器，再原路返回。該方案很好的解決了單個(gè)Redis實(shí)例承載能力的問題。當(dāng)然，Twemproxy本身也是單點(diǎn)，需要用Keepalived做高可用方案(或者LVS)。通過Twemproxy可以使用多臺(tái)服務(wù)器來水平擴(kuò)張redis服務(wù)，可以有效的避免單點(diǎn)故障問題。雖然使用Twemproxy需要更多的硬件資源和在redis性能有一定的損失(twitter測(cè)試約20%)，但是能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的HA也是相當(dāng)劃算的。其實(shí)twemproxy不光實(shí)現(xiàn)了redis協(xié)議，還實(shí)現(xiàn)了memcached協(xié)議，什么意思?換句話說，twemproxy不光可以代理redis，還可以代理memcached。

Twemproxy的優(yōu)點(diǎn)：

1)對(duì)外暴露一個(gè)訪問節(jié)點(diǎn)，減少程序復(fù)雜度。

2)支持失敗節(jié)點(diǎn)自動(dòng)刪除，可以設(shè)置重新連接該節(jié)點(diǎn)的時(shí)間，可以設(shè)置連接多少次之后刪除該節(jié)點(diǎn)，該方式適合作為cache存儲(chǔ)，不然會(huì)丟失Key;

3)支持設(shè)置HashTag，通過HashTag可以自己設(shè)定將兩個(gè)KEYhash到同一個(gè)實(shí)例上去。

4)多種hash算法，并且可以設(shè)置后端實(shí)例的權(quán)重。

5)減少與redis的直接連接數(shù)：保持與redis的長(zhǎng)連接，可設(shè)置代理與后臺(tái)每個(gè)redis連接的數(shù)目，自動(dòng)分片到后端多個(gè)redis實(shí)例上。

6)避免單點(diǎn)問題：可以平行部署多個(gè)代理層，客戶端自動(dòng)選擇可用的一個(gè)。

7)高吞吐量：連接復(fù)用，內(nèi)存復(fù)用，將多個(gè)連接請(qǐng)求，組成redis pipelining統(tǒng)一向redis請(qǐng)求。

Twemproxy的缺點(diǎn)：

1)不支持針對(duì)多個(gè)值的操作，比如取sets的子交并補(bǔ)等。

2)不支持Redis的事務(wù)操作。

3)對(duì)于已申請(qǐng)的內(nèi)存不會(huì)釋放，所有機(jī)器內(nèi)存要大，且需要定期重啟，不然就會(huì)出現(xiàn)客戶端連接錯(cuò)誤。

4)不支持動(dòng)態(tài)增刪節(jié)點(diǎn)，修改完配置需重啟。

5)改變節(jié)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)對(duì)已有數(shù)據(jù)重分配，不自己寫腳本做數(shù)據(jù)遷移的話，會(huì)造成部分key丟失(key本身存在某redis上，只是key被哈希到了其他節(jié)點(diǎn)，造成“丟失”)。

6)權(quán)重直接影響key的哈希結(jié)果，改變節(jié)點(diǎn)權(quán)重會(huì)造成部分key丟失。

7)默認(rèn)Twemproxy是單線程運(yùn)行，但是大部分使用Twemproxy的公司都會(huì)自行進(jìn)行二次開發(fā)一下，改成多線程。

總體來說，twemproxy還是非常的靠譜，雖然性能有損失，但是相對(duì)來說還是很值得的，而且久經(jīng)考驗(yàn)，使用非常廣泛。關(guān)于更多更加詳細(xì)的資料請(qǐng)參考官方文檔。另外twemproxy只適合靜態(tài)集群，不適合需要?jiǎng)討B(tài)增刪節(jié)點(diǎn)，手動(dòng)調(diào)整負(fù)載的場(chǎng)景，如果我們直接來用，需要做開發(fā)改進(jìn)工作。https://github.com/wandoulabs/codis這個(gè)系統(tǒng)基于twemproxy，增加了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)遷移等功能，具體使用方法需要進(jìn)一步測(cè)試。

Twemproxy使用架構(gòu)

***種：?jiǎn)喂?jié)點(diǎn)Twemproxy

ps：節(jié)省硬件資源，但容易有單點(diǎn)故障。

第二種：高可用Twemproxy

PS：浪費(fèi)二分之一的資源，但是節(jié)點(diǎn)高可用。

第三種：負(fù)載均衡Twemproxy

PS：如果你是大規(guī)模Redis或Memcached應(yīng)用場(chǎng)景，就可以做Twemproxy的負(fù)載軍和場(chǎng)景，也就是在高可用Twemproxy的基礎(chǔ)上加LVS節(jié)點(diǎn)，利用LVS(Linux virtual server)做Twemproxy的負(fù)載均衡，LVS是四層負(fù)載均衡技術(shù)，有很強(qiáng)大的代理能力，具體可以看本博客的LVS章節(jié)介紹。但是當(dāng)你使用LVS之后，又出現(xiàn)了Twemproxy的問題，單點(diǎn)故障故障問題，這個(gè)時(shí)候又要跟給LVS做高可用了。但是LVS也支持做負(fù)載均衡，利用OSPF路由技術(shù)就可以做負(fù)載均衡了。而這個(gè)架構(gòu)也就是我目前工作中正在使用的架構(gòu)方式。

另外不管使用以上哪種架構(gòu)方式，都無法避免Redis的單點(diǎn)故障問題，Redis持久化也無法避免硬件故障問題。如果必須要保證Redis數(shù)據(jù)訪問的不可中斷性，那你還是使用Redis集群模式吧，集群模式目前對(duì)JAVA支持還不錯(cuò)，工作中也有大量的使用。

安裝Twemproxy

1、下載Twemproxy

git clone https://github.com/twitter/twemproxy.git

2、安裝Twemproxy

Twemproxy需要使用Autoconf進(jìn)行編譯配置。 GNU Autoconf是一個(gè)在Bourne shell下制作供編譯、安裝和打包軟件的配置腳本的工具。Autoconf并不受程序語言限制，常用于C、C++、Erlang和Objective-C。配置腳本控制了一個(gè)軟件包在特定系統(tǒng)上的安裝。在進(jìn)行一系列測(cè)試后，配置腳本從模板中生成makefile與頭文件進(jìn)而調(diào)整軟件包，使之適應(yīng)某一種系統(tǒng)。Autoconf與Automake、Libtool等軟件組成了GNU構(gòu)建系統(tǒng)。Autoconf由戴維·麥肯思于1991年夏天編寫用于支持他在自由軟件基金會(huì)的編程工作。此后，Autoconf包含了多人編寫的改進(jìn)代碼并成為了使用最廣泛的自由編譯配置軟件。

下面開始使用autoreconf對(duì)twemproxy編譯配置:

[root@www twemproxy]# autoreconf 
configure.ac:8: error: Autoconf version 2.64 or higher is required 
configure.ac:8: the top level 
autom4te: /usr/bin/m4 failed with exit status: 63 
aclocal: autom4te failed with exit status: 63 
autoreconf: aclocal failed with exit status: 63 
[root@www twemproxy]# autoconf --version 
autoconf (GNU Autoconf) 2.63 

提示autoreconf 的版本過低，上面使用的是autoconf 2.63版本的，所以下面下載autoconf 2.69版本進(jìn)行編譯安裝。注意如果你是CentOS6，那么你的默認(rèn)版本就是2.63，如果你是CentOS7，那么你的默認(rèn)版本應(yīng)該是2.69，如果你是Debian8或Ubuntu16，那么你的默認(rèn)版本應(yīng)該也是2.69。反正如果執(zhí)行autoreconf報(bào)錯(cuò)就說明版本低了，需要編譯安裝了。

編譯安裝Autoconf

[root@www ~]# wget http://ftp.gnu.org/gnu/autoconf/autoconf-2.69.tar.gz 
[root@www ~]# tar xvf autoconf-2.69.tar.gz 
[root@www ~]# cd autoconf-2.69 
[root@www autoconf-2.69]# ./configure --prefix=/usr 
[root@www autoconf-2.69]# make && make install 
[root@www autoconf-2.69]# autoconf --version 
autoconf (GNU Autoconf) 2.69 

編譯安裝Twemproxy

[root@www ~]# cd /root/twemproxy/ 
[root@www twemproxy]# autoreconf -fvi 
[root@www twemproxy]# ./configure --prefix=/etc/twemproxy CFLAGS="-DGRACEFUL -g -O2" --enable-debug=full 
[root@www twemproxy]# make && make install 

如果autoreconf -fvi時(shí)報(bào)如下錯(cuò)誤，就是要安裝libtool工具，需要依賴libtool(如果是CentOS直接使用yum install libtool即可，如果是Debian直接使用apt-get install libtool即可)。

autoreconf: Entering directory `.' 
autoreconf: configure.ac: not using Gettext 
autoreconf: running: aclocal --force -I m4 
autoreconf: configure.ac: tracing 
autoreconf: configure.ac: adding subdirectory contrib/yaml-0.1.4 to autoreconf 
autoreconf: Entering directory `contrib/yaml-0.1.4' 
autoreconf: configure.ac: not using Autoconf 
autoreconf: Leaving directory `contrib/yaml-0.1.4' 
autoreconf: configure.ac: not using Libtool 
autoreconf: running: /usr/bin/autoconf --force 
configure.ac:36: error: possibly undefined macro: AC_PROG_LIBTOOL 
 If this token and others are legitimate, please use m4_pattern_allow. 
 See the Autoconf documentation. 
autoreconf: /usr/bin/autoconf failed with exit status: 1 

Twemproxy添加配置文件

[root@www twemproxy]# mkdir /etc/twemproxy/conf 
[root@www twemproxy]# cat /etc/twemproxy/conf/nutcracker.yml 
redis-cluster: 
 listen: 0.0.0.0:22122 
 hash: fnv1a_64 
 distribution: ketama 
 timeout: 400 
 backlog: 65535 
 preconnect: true 
 redis: true 
 server_connections: 1 
 auto_eject_hosts: true 
 server_retry_timeout: 60000 
 server_failure_limit: 3 
 servers: 
 - 172.16.0.172:6546:1 redis01 
 - 172.16.0.172:6547:1 redis02 

配置選項(xiàng)介紹：

redis-cluster：給這個(gè)配置段取一個(gè)名字，可以有多個(gè)配置段;

listen：設(shè)置監(jiān)控IP和端口端口;

hash：具體的hash函數(shù)，支持md5，crc16，crc32，finv1a_32，fnv1a_64，hsieh，murmur，jenkins等十多種，一般選用fnv1a_64可以了，默認(rèn)也是fnv1a_64;

hash_tag：hash_tag允許根據(jù)key的一個(gè)部分來計(jì)算key的hash值。hash_tag由兩個(gè)字符組成，一個(gè)是hash_tag的開始，另外一個(gè)是hash_tag的結(jié)束，在hash_tag的開始和結(jié)束之間，是將用于計(jì)算key的hash值的部分，計(jì)算的結(jié)果會(huì)用于選擇服務(wù)器。例如：如果hash_tag被定義為”{}”，那么key值為”user:{user1}:ids”和”user:{user1}:tweets”的hash值都是基于”user1”，最終會(huì)被映射到相同的服務(wù)器。而”user:user1:ids”將會(huì)使用整個(gè)key來計(jì)算hash，可能會(huì)被映射到不同的服務(wù)器。

distribution：指定哈希算法，這個(gè)哈希算法決定通過上面hash后的key如何分布在多個(gè)server上，默認(rèn)是”ketama“一致性哈希。ketama：ketama一致性hash算法，會(huì)根據(jù)服務(wù)器構(gòu)造出一個(gè)hash ring，并為ring上的節(jié)點(diǎn)分配hash范圍。ketama的優(yōu)勢(shì)在于單個(gè)節(jié)點(diǎn)添加、刪除之后，會(huì)***程度上保持整個(gè)群集中緩存的key值可以被重用。modula：modula非常簡(jiǎn)單，就是根據(jù)key值的hash值取模，根據(jù)取模的結(jié)果選擇對(duì)應(yīng)的服務(wù)器。random：random是無論key值的hash是什么，都隨機(jī)的選擇一個(gè)服務(wù)器作為key值操作的目標(biāo)。

timeout：設(shè)置twemproxy的超時(shí)時(shí)間，當(dāng)timeout被設(shè)置后，如果在timeout的時(shí)間過后還沒有從服務(wù)端得到回應(yīng)，這時(shí)會(huì)將超時(shí)錯(cuò)誤信息SERVER_ERROR Connection time out發(fā)送給客戶端

backlog：監(jiān)聽TCP的backlog(連接等待隊(duì)列)的長(zhǎng)度，默認(rèn)是512。

preconnect：指定是否在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，twemproxy就建立和所有redis的連接，默認(rèn)是false，一個(gè)布爾值;

redis：指定此配置段否作為Redis做代理，如果不加redis為true的話，就可以為memcached集群做代理(這就是Twemproxy作為redis或memcached集群代理的唯一區(qū)別);

redis_auth: 如果你的后端Redis開啟了認(rèn)證，那么就需要redis_auth指定認(rèn)證的密碼了;

server_connections：twemproxy與每臺(tái)redis服務(wù)器的連接數(shù)，默認(rèn)就是1，如果大于1，用戶命令可能發(fā)到不同的連接上，可能造成命令的實(shí)際執(zhí)行順序和用戶指定的不一致(類似并發(fā));

auto_eject_hosts：是否在節(jié)點(diǎn)無法響應(yīng)的時(shí)候剔除，默認(rèn)為true，但是需要注意，節(jié)點(diǎn)剔除后，因?yàn)闄C(jī)器數(shù)減少，機(jī)器哈希位置變化，會(huì)造成部分key無法***，但是不剔除程序連接就會(huì)報(bào)錯(cuò);

server_retry_timeout：控制服務(wù)器連接的時(shí)間間隔，單位是毫秒，在auto_eject_host被設(shè)置為true的時(shí)候產(chǎn)生作用，默認(rèn)是30000毫秒;

server_failure_limit：Redis連續(xù)超時(shí)的次數(shù)，超過這個(gè)次數(shù)就視其為無法連接，如果auto_eject_hosts設(shè)置為true，那么此Redis會(huì)被移除;

servers：一個(gè)pool中的服務(wù)器的地址、端口和權(quán)重的列表，包括一個(gè)可選的服務(wù)器的名字，如果提供服務(wù)器的名字，將會(huì)使用它決定server的次序，從而提供對(duì)應(yīng)的一致性hash的hash ring。否則，將使用server被定義的次序，可以通過兩種字符串格式指定’host:port:weight’或者’host:port:weight name’。一般都是使用第二種別名的方式，這樣當(dāng)其中某個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題時(shí)，可以直接添加一個(gè)新的Redis節(jié)點(diǎn)但服務(wù)器名字不要改變，這樣twemproxy還是使用相同的服務(wù)器名稱進(jìn)行hash ring，所以其他數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)問題(只有掛點(diǎn)的機(jī)器數(shù)據(jù)丟失)。

PS：要嚴(yán)格按照Twemproxy配置文件的格式來，不然就會(huì)有語法錯(cuò)誤;另外，在Twemproxy的配置文件中可以同時(shí)設(shè)置代理Redis集群或Memcached集群，只需要定義不同的配置段即可。

啟動(dòng)twemproxy (nutcracker)

剛已經(jīng)加好了配置文件，現(xiàn)在測(cè)試下配置文件：

[root@www twemproxy]# /etc/twemproxy/sbin/nutcracker -t 
nutcracker: configuration file 'conf/nutcracker.yml' syntax is ok 

說明配置文件已經(jīng)成功，現(xiàn)在開始運(yùn)行nutcracker：

[root@www ~]# /etc/twemproxy/sbin/nutcracker -c /etc/twemproxy/conf/nutcracker.yml -p /var/run/nutcracker.pid -o /var/log/nutcracker.log -d 
選項(xiàng)說明: 
-h, –help #查看幫助文檔，顯示命令選項(xiàng); 
-V, –version #查看nutcracker版本; 
-c, –conf-file=S #指定配置文件路徑 (default: conf/nutcracker.yml); 
-p, –pid-file=S #指定進(jìn)程pid文件路徑，默認(rèn)關(guān)閉 (default: off); 
-o, –output=S #設(shè)置日志輸出路徑，默認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出 (default: stderr); 
-d, –daemonize #以守護(hù)進(jìn)程運(yùn)行; 
-t, –test-conf #測(cè)試配置腳本的正確性; 
-D, –describe-stats #打印狀態(tài)描述; 
-v, –verbosity=N #設(shè)置日志級(jí)別 (default: 5, min: 0, max: 11); 
-s, –stats-port=N #設(shè)置狀態(tài)監(jiān)控端口，默認(rèn)22222 (default: 22222); 
-a, –stats-addr=S #設(shè)置狀態(tài)監(jiān)控IP，默認(rèn)0.0.0.0 (default: 0.0.0.0); 
-i, –stats-interval=N #設(shè)置狀態(tài)聚合間隔 (default: 30000 msec); 
-m, –mbuf-size=N #設(shè)置mbuf塊大小，以bytes單位 (default: 16384 bytes); 

PS:一般在生產(chǎn)環(huán)境中，都是使用進(jìn)程管理工具來進(jìn)行twemproxy的啟動(dòng)管理，如supervisor或pm2工具，避免當(dāng)進(jìn)程掛掉的時(shí)候能夠自動(dòng)拉起進(jìn)程。

驗(yàn)證是否正常啟動(dòng)

[root@www ~]# ps aux | grep nutcracker 
root 20002 0.0 0.0 19312 916 ? Sl 18:48 0:00 /etc/twemproxy/sbin/nutcracker -c /etc/twemproxy/conf/nutcracker.yml -p /var/run/nutcracker.pid -o /var/log/nutcracker.log -d 
root 20006 0.0 0.0 103252 832 pts/0 S+ 18:48 0:00 grep nutcracker 
[root@www ~]# netstat -nplt | grep 22122 
tcp 0 0 0.0.0.0:22122 0.0.0.0:* LISTEN 20002/nutcracker 

Twemproxy代理Redis集群

這里我們使用***種方案在同一臺(tái)主機(jī)上測(cè)試Twemproxy代理Redis集群，一個(gè)twemproxy和兩個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)(想添加更多的也可以)。Twemproxy就是用上面的配置了，下面只需要增加兩個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)。

安裝配置Redis

在安裝Redis之前，需要安裝Redis的依賴程序tcl，如果不安裝tcl在Redis執(zhí)行make test的時(shí)候就會(huì)報(bào)錯(cuò)的哦。

[root@www ~]# yum install -y tcl 
[root@www ~]# wget https://github.com/antirez/redis/archive/3.2.0.tar.gz 
[root@www ~]# tar xvf 3.2.0.tar.gz -C /usr/local 
[root@www ~]# cd /usr/local/ 
[root@www local]# mv redis-3.2.0 redis 
[root@www local]# cd redis 
[root@www redis]# make 
[root@www redis]# make test 
[root@www redis]# make install 

配置兩個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)

[root@www ~]# mkdir /data/redis-6546 
[root@www ~]# mkdir /data/redis-6547 
[root@www ~]# cat /data/redis-6546/redis.conf  
daemonize yes 
pidfile /var/run/redis/redis-server.pid 
port 6546 
bind 0.0.0.0  
loglevel notice 
logfile /var/log/redis/redis-6546.log 
[root@www ~]# cat /data/redis-6547/redis.conf  
daemonize yes 
pidfile /var/run/redis/redis-server.pid 
port 6547 
bind 0.0.0.0  
loglevel notice 
logfile /var/log/redis/redis-6547.log 

PS：簡(jiǎn)單提供兩個(gè)Redis配置文件，如果開啟了Redis認(rèn)證，那么在twemproxy中也需要填寫Redis密碼。

啟動(dòng)兩個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)

[root@www ~]# /usr/local/redis/src/redis-server /data/redis-6546/redis.conf 
[root@www ~]# /usr/local/redis/src/redis-server /data/redis-6547/redis.conf 
[root@www ~]# ps aux | grep redis 
root 23656 0.0 0.0 40204 3332 ? Ssl 20:14 0:00 redis-server 0.0.0.0:6546  
root 24263 0.0 0.0 40204 3332 ? Ssl 20:16 0:00 redis-server 0.0.0.0:6547 

驗(yàn)證Twemproxy讀寫數(shù)據(jù)

首先twemproxy配置項(xiàng)中servers的主機(jī)要配置正確，然后連接Twemproxy的22122端口即可測(cè)試。

[root@www ~]# redis-cli -p 22122 
127.0.0.1:22122> set key vlaue 
OK 
127.0.0.1:22122> get key 
"vlaue" 
127.0.0.1:22122> FLUSHALL 
Error: Server closed the connection 
127.0.0.1:22122> quit 

上面我們set一個(gè)key，然后通過twemproxy也可以獲取到數(shù)據(jù)，一切正常。但是在twemproxy中使用flushall命令就不行了，不支持。

然后我們?nèi)フ曳謩e連接兩個(gè)redis節(jié)點(diǎn)，看看數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)在某一個(gè)節(jié)點(diǎn)上了，如果有，就說明twemproxy正常運(yùn)行了。

[root@www ~]# redis-cli -p 6546 
127.0.0.1:6546> get key 
(nil) 
127.0.0.1:6546> 

由上面的結(jié)果我們可以看到，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到6547節(jié)點(diǎn)上了。目前沒有很好的辦法明確知道某個(gè)key存儲(chǔ)到某個(gè)后端節(jié)點(diǎn)了。

如何Reload twemproxy?

由于twemproxy沒有提供啟動(dòng)腳本，都是命令行參數(shù)啟動(dòng)的。所以，無法使用對(duì)twemproxy進(jìn)行reload的操作，在生產(chǎn)環(huán)境中，一個(gè)應(yīng)用無法reload(重載配置文件)是一個(gè)災(zāi)難。當(dāng)你對(duì)twemproxy進(jìn)行增刪節(jié)點(diǎn)時(shí)如果直接使用restart的話勢(shì)必會(huì)影響線上的業(yè)務(wù)。所以***的辦法還是reload，既然twemproxy沒有提供，那么可以使用kill命令帶一個(gè)信號(hào)，然后跟上twemproxy主進(jìn)程的進(jìn)行號(hào)即可。

kill -SIGHUP PID

注意，PID就是twemproxy master進(jìn)程。