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Redis- 探究：集群扩容导致 Jedis 客户端报 JedisMovedDataException 异常的原因

本贴最后更新于 1924 天前，其中的信息可能已经时移世改

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0 问题的产生

由于线上 Redis 集群内存使用量已经接近达到预警阈值，需要对 Redis 集群扩容。（使用的是 Redis 自带的 Redis-Cluster）

目前有 6 台主节点，6 台从节点。

暂时称为：

  • redis-master001 ~ redis-master006
  • redis-slave001 ~ redis-slave006

需要增加 3 主 3 从。

  • redis-master007 ~ redis-master009
  • redis-slave007 ~ redis-master009

之前 Redis 集群的 16384 个槽均匀分配在 6 台主节点中，每个节点 2730 个槽。

为保证扩容后，槽依然均匀分布，需要将之前 6 台的每台机器上迁移出 910 个槽，方案如下：

  • redis-master001 的 910 个 slot 迁移到 redis-master007
  • redis-master002 的 910 个 slot 迁移到 redis-master007
  • redis-master003 的 910 个 slot 迁移到 redis-master008
  • redis-master004 的 910 个 slot 迁移到 redis-master008
  • redis-master005 的 910 个 slot 迁移到 redis-master009
  • redis-master006 的 910 个 slot 迁移到 redis-master009

分配完之后，每台节点 1820 个 slot。

当将 redis-master001 的 910 个 slot 迁移到 redis-master007 后，业务上开始报下面的异常

RedisError.jpg

在马赛克的上一行，可以看到是调 Jedis 的 get 方法出的问题。

1 原因及解决方案

问题的原因在于使用了 Jedis 客户端，改为使用 JedisCluster 客户端即可解决问题。

出问题的 get 方法是这样写的（在 Jedis 原生基础上包装了一层）

// 自己封装的get方法
public String get(String key) {
    String result = “";
    // 为了打印获取连接耗时的日志，这里单独获取了一下Jedis连接
    try (Jedis jedis = this.getResourceLog(key)) {
        TimeCost timeCost = new TimeCost();
        result = jedis.get(key); // 这里报错
        debugLogger.debug("redis cluster get TimeCost={}", timeCost.getCostMillSeconds());
    }
    // 其实改为下面这样get就可以解决一直报JedisMovedDataException问题
    // return jedisCluster.get(key);
    return result;
}

getResourceLog 方法的作用是根据 key 计算出这个 key 所在的 slot，再通过 slot 获取 Redis 连接。代码如下

private Jedis getResourceLog(String key) {
    TimeCost tc = new TimeCost();
    int slot = JedisClusterCRC16.getSlot(key); // CRC计算slot
    debugLogger.debug("calc slot TimeCost={}", tc.getCostMillSeconds());
    tc.reset();
    Jedis jedis = connectionHandler.getConnectionFromSlot(slot); // 通过slot获取连接
    debugLogger.debug("get connection TimeCost={}", tc.getCostMillSeconds());
    return jedis;
}

上面的 get 方法可以直接改为 JedisCluster 的 get 方法解决。

再考虑另外一种情况，如果必须通过 Jedis 操作呢？比如 watch 方法，JedisCluster 是不提供 watch 的，那么只能通过上述方法在 Redis 集群中根据 key 获取到 slot，再通过 slot 获取到 jedis 链接，然后调用 watch。这样一来，在调 watch 的地方也会报 JedisMovedDataException。

例如下面的代码，在业务上需要保证事务的情况下（或乐观锁），可能会这样实现：

Jedis jedis = null;
String key = ...; // redis key
try {
    // 通过上面的getResource方法获取jedis链接
    jedis = getResource(userId);
    // 通过jedis watch key
    if (RedisConstants.SAVE_TO_REDIS_OK.equals(jedis.watch(key))) {

        // .... 业务逻辑 ....
        // ....
        // 通过jedis链接开始事务
        Transaction transaction = jedis.multi();
        // ...
        // ... 执行一些transaction操作...
        // ...
        // 提交事务
        List<Object> execResult = transaction.exec();
        
        return ...;
    }
} catch (Exception ex) {
    // do something ...
} finally {
    if (jedis != null) {
        try {
            if (!flag) {
                jedis.unwatch();
            }
        } finally {
            jedis.close();
        }
    }
}

此时如果发生 slot 迁移，就会报 JedisMovedDataException。

那这种情况下的解决方案是什么呢？

其实，优先 catch 住 JedisMovedDataException，然后通过 JedisCluster.get(key);一下就行，如下：

Jedis jedis = null;
String key = ...; // redis key
try {
    // 通过上面的getResource方法获取jedis链接
    jedis = getResource(userId);
    // 通过jedis watch key
    if (RedisConstants.SAVE_TO_REDIS_OK.equals(jedis.watch(key))) {

        // .... 业务逻辑 ....
        // ....
        // 通过jedis链接开始事务
        Transaction transaction = jedis.multi();
        // ...
        // ... 执行一些transaction操作...
        // ...
        // 提交事务
        List<Object> execResult = transaction.exec();
        
        return ...;
    }
} catch (JedisMovedDataException jmde) {
    jmde.printStackTrace();
    // redisClusterService中维护着jedisCluster实例，这个get实际上调用的是jedisCluster的get
    redisClusterService.get(key);
    return ...;
} catch (Exception ex) {
    // do something ...
} finally {
    if (jedis != null) {
        try {
            if (!flag) {
                jedis.unwatch();
            }
        } finally {
            jedis.close();
        }
    }
}

需要注意的是，用 Jedis 的 get 是不能解决的。

2 JedisCluster 类图

JedisCluster 整体的 UML 关系如下，先有个整体的印象，在后面的源码分析中，可以再回来看。

RedisError2.jpg

3 为什么通过 RedisCluster.get 一下可以解决？

下面通过 JedisCluster 源码解释为什么这么做可以解决问题，注释中会有详细说明。

JedisCluster.get 源码如下：

@Override
public String get(final String key) {
  return new JedisClusterCommand<String>(connectionHandler, maxAttempts) {
    @Override
    public String execute(Jedis connection) {
      return connection.get(key);
    }
  }.run(key);
}

发现他是委托给 JedisClusterCommand 来完成 get 操作的，也可以发现 execute 方法实际上是使用 Jedis 来执行的 get。这个 Jedis 实际上就是通过上述方法，先计算出 slot，再通过 slot 获取到 Jedis 链接的。关键在于最下面 run 方法的执行，下面具体看一下。

Run 方法源码如下：

public T run(String key) {
  //  JedisClusterCRC16.getSlot(key) 计算出slot
  return runWithRetries(JedisClusterCRC16.getSlot(key), this.maxAttempts, false, null);
}

runWithRetries 源码如下

private T runWithRetries(final int slot, int attempts, boolean tryRandomNode, JedisRedirectionException redirect) {
  // 这里是一个重试机制，报异常时触发
  if (attempts <= 0) {
    throw new JedisClusterMaxAttemptsException("No more cluster attempts left.");
  }

  Jedis connection = null;
  try {

    if (redirect != null) {
      connection = this.connectionHandler.getConnectionFromNode(redirect.getTargetNode());
      if (redirect instanceof JedisAskDataException) {
        // TODO: Pipeline asking with the original command to make it faster....
        connection.asking();
      }
    } else {
      if (tryRandomNode) {
        connection = connectionHandler.getConnection();
      } else {
        // 执行到这里，通过slot获取到Jedis connection
        // 内部是通过一个map维护的slot到JedisPool的映射关系
        connection = connectionHandler.getConnectionFromSlot(slot);
      }
    }

    // 执行上面JedisClusterCommand定义的execute方法。
    return execute(connection);

  } catch (JedisNoReachableClusterNodeException jnrcne) {
    throw jnrcne;
  } catch (JedisConnectionException jce) {
    // release current connection before recursion
    releaseConnection(connection);
    connection = null;

    if (attempts <= 1) {
      //We need this because if node is not reachable anymore - we need to finally initiate slots
      //renewing, or we can stuck with cluster state without one node in opposite case.
      //But now if maxAttempts = [1 or 2] we will do it too often.
      //TODO make tracking of successful/unsuccessful operations for node - do renewing only
      //if there were no successful responses from this node last few seconds
      this.connectionHandler.renewSlotCache();
    }

    return runWithRetries(slot, attempts - 1, tryRandomNode, redirect);
  } catch (JedisRedirectionException are) { // *** 关键在这 ***
    // if MOVED redirection occurred,
    // JedisMovedDataException是JedisRedirectionException的子类，所以会执行下面if中的代码
    if (jre instanceof JedisMovedDataException) {
      // it rebuilds cluster's slot cache recommended by Redis cluster specification
      // 重新通过这个jedis链接获取RedisCluster中的Node信息以及slot信息
      this.connectionHandler.renewSlotCache(connection);
    }

    // release current connection before recursion
    releaseConnection(connection);
    connection = null;

    return runWithRetries(slot, attempts - 1, false, jre);
  } finally {
    releaseConnection(connection);
  }
}

注释中说到了最终会通过 this.connectionHandler.renewSlotCache(connection);来重新获取 slot 信息。下面来看下这个方法。

public void renewSlotCache(Jedis jedis) {
  cache.renewClusterSlots(jedis);
}

调用了 cache 的 renewClusterSlots 方法来重新获取 slot 信息，这个 cache 是 JedisClusterInfoCache 类的实例，他里面维护这 Node 和 Slot 信息，如下：

public class JedisClusterInfoCache {
  private final Map<String, JedisPool> nodes = new HashMap<String, JedisPool>();
  private final Map<Integer, JedisPool> slots = new HashMap<Integer, JedisPool>();

  // ..
}

renewClusterSlots 方法如下

public void renewClusterSlots(Jedis jedis) {
  //If rediscovering is already in process - no need to start one more same rediscovering, just return
  if (!rediscovering) {
    try {
      w.lock();
      if (!rediscovering) {
        rediscovering = true;

        try {
          if (jedis != null) {
            try {
              // 关键在于这一步，这个方法会重新从远程集群中获取最新的slot信息
              discoverClusterSlots(jedis);
              return;
            } catch (JedisException e) {
              //try nodes from all pools
            }
          }

          for (JedisPool jp : getShuffledNodesPool()) {
            Jedis j = null;
            try {
              j = jp.getResource();
              discoverClusterSlots(j);
              return;
            } catch (JedisConnectionException e) {
              // try next nodes
            } finally {
              if (j != null) {
                j.close();
              }
            }
          }
        } finally {
          rediscovering = false;      
        }
      }
    } finally {
      w.unlock();
    }
  }
}

关键在于 discoverClusterSlots 方法，这个方法的实现如下：

private void discoverClusterSlots(Jedis jedis) {
  // 通过slots命令从远程获取slot信息
  List<Object> slots = jedis.clusterSlots(); 
  this.slots.clear(); // 清除本地缓存slot信息

  // 每个slotInfoObj包含集群中某一节点的slot信息
  for (Object slotInfoObj : slots) {
    List<Object> slotInfo = (List<Object>) slotInfoObj;

    if (slotInfo.size() <= MASTER_NODE_INDEX) {
      continue;
    }
    // 计算当前节点的slot信息
    List<Integer> slotNums = getAssignedSlotArray(slotInfo);

    // hostInfos
    // 获取这组slot所在的节点信息
    List<Object> hostInfos = (List<Object>) slotInfo.get(MASTER_NODE_INDEX);
    if (hostInfos.isEmpty()) {
      continue;
    }

    // at this time, we just use master, discard slave information
    HostAndPort targetNode = generateHostAndPort(hostInfos);
    // 重新关联这组slot到远程节点的映射，至此，完成slot信息的刷新
    assignSlotsToNode(slotNums, targetNode);
  }
}

4 为什么 Jedis 的 get 不行？

首先我们来对比一下 JedisCluster 的 get 和 Jedis 的 get

JedisCluster.get

@Override
public String get(final String key) {
  return new JedisClusterCommand<String>(connectionHandler, maxAttempts) {
    @Override
    public String execute(Jedis connection) {
      return connection.get(key); // 这里追踪进去，就是Jedis.get
    }
  }.run(key);
}

Jedis.get

@Override
public String get(final String key) {
  checkIsInMultiOrPipeline();
  client.get(key);
  return client.getBulkReply();
}

由此可知，Jedis.get 没有了 run 方法中的异常重试和重新发现机制，所以 Jedis.get 不行。

5 总结

本文从一次线上扩容引发问题的讨论，由扩容引出了 slot 的迁移，由 slot 的迁移引出线上报错-JedisMovedDataException，然后说明了引发这个异常的原因，是因为我们使用了 Jedis 客户端，导致无法自动发现远程集群 slot 的变化。

然后提出了解决方案，通过使用 JedisCluster 来解决无法自动发现 slot 变化的问题。并从源码的角度说明了为什么 JedisCluster 的 get 方法可以自动发现远程 slot 的变化。

  • Redis

    Redis 是一个开源的使用 ANSI C 语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value 数据库，并提供多种语言的 API。从 2010 年 3 月 15 日起，Redis 的开发工作由 VMware 主持。从 2013 年 5 月开始，Redis 的开发由 Pivotal 赞助。

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  • Jedis
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  • 扩容
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