Grupos de replicação e modo de cluster do ElastiCache Redis

Um grupo de replicação do ElastiCache é um agrupamento lógico de um nó primário do Redis e até 5 réplicas de leitura. O nó primário processa todas as operações de gravação; as réplicas recebem a replicação assíncrona do primário e atendem ao tráfego de leitura. Os grupos de replicação permitem duas capacidades principais: escalabilidade de leitura (distribuir as solicitações de leitura entre várias réplicas) e alta disponibilidade com failover automático (promover uma réplica a primária se a primária falhar). Todos os nós de um grupo de replicação compartilham o mesmo conjunto de dados.

O ElastiCache fornece dois endpoints DNS para um grupo de replicação: o endpoint primário sempre aponta para o nó primário atual (atualizado automaticamente durante o failover) — use-o para todas as operações de gravação. O endpoint de leitura distribui as solicitações de leitura entre todas as réplicas disponíveis — use-o para operações de leitura para distribuir a carga. Sua aplicação deve manter dois pools de conexão: um para o endpoint primário, destinado às gravações, e outro para o endpoint de leitura, destinado às leituras. Esse é o padrão de conexão recomendado para grupos de replicação do ElastiCache Redis.

Quando o nó primário falha (detectado pelo ElastiCache em poucos segundos por meio de verificações de integridade), o failover automático seleciona uma das réplicas de leitura para promovê-la a primária. O processo de promoção é: (1) a réplica selecionada é promovida a primária; (2) o registro DNS do endpoint primário é atualizado para apontar para a nova primária (TTL de aproximadamente 1 segundo); (3) a primária antiga é substituída por uma nova réplica. O tempo total de failover normalmente é de 30 a 60 segundos. As aplicações que usam o DNS do endpoint primário se reconectam automaticamente assim que o DNS se propaga — não são necessários endereços IP codificados.

Para obter a máxima resiliência, distribua as réplicas entre várias Zonas de disponibilidade. Quando você ativa o Multi-AZ em um grupo de replicação, o ElastiCache coloca automaticamente o primário e as réplicas em AZs diferentes. Se uma AZ inteira ficar offline, o failover promove uma réplica de uma AZ que permaneceu ativa. Você também pode especificar explicitamente as AZs preferenciais para cada nó ao criar o grupo de replicação usando a opção --preferred-cache-cluster-a-zs.

O Redis Cluster Mode Enabled (CME) particiona o conjunto de dados entre vários grupos de nós (fragmentos), cada um contendo um primário e até 5 réplicas. Essa é a solução de fragmentação horizontal do Redis. O Cluster Mode permite superar a memória de um único nó — você pode ter até 500 grupos de nós, cada um com 500 GB, permitindo que um único cluster Redis armazene até 500 × 500 GB = 250 TB de dados. O Cluster Mode também multiplica a capacidade de gravação, pois cada grupo de nós processa de forma independente as gravações referentes ao seu intervalo de chaves.

O Redis Cluster Mode divide o espaço de chaves em 16.384 slots de hash. Cada grupo de nós possui um intervalo contíguo de slots de hash. Quando uma chave é gravada, o Redis calcula CRC16(key) % 16384 para determinar o slot de hash e, consequentemente, o grupo de nós responsável. Sua aplicação deve usar um cliente Redis compatível com cluster (como redis-py-cluster ou Jedis no modo de cluster) que conheça o mapa de slots e encaminhe cada comando para o nó correto. Clientes padrão retornarão erros de redirecionamento MOVED se enviarem uma chave para o fragmento errado.

Para o exame SAA-C03, escolha o modo sem cluster quando: seus dados couberem em um único nó (< ~400 GB após considerar a margem), você precisar de uma configuração simples de primário e réplica ou sua aplicação usar operações complexas com várias chaves (as transações que abrangem várias chaves exigem que todas as chaves estejam no mesmo slot). Escolha o Cluster Mode quando: seu conjunto de dados exceder a memória de um único nó, você precisar expandir horizontalmente a capacidade de gravação ou prever um crescimento futuro que exigirá um novo particionamento online. O Cluster Mode permite adicionar fragmentos sem tempo de inatividade (novo particionamento online).

ElastiCache Global Datastore estende a replicação do Redis por várias Regiões da AWS. Você designa uma Região como o cluster primário e adiciona clusters secundários em outras Regiões. As gravações são direcionadas ao primário; os secundários recebem replicação assíncrona, com atraso típico inferior a 1 segundo. Os clusters secundários podem atender leituras locais com latência muito baixa. O Global Datastore permite aplicações globais, nas quais usuários em diferentes continentes leem dados da Região mais próxima, e DR entre Regiões, no qual você pode promover um cluster secundário a primário se a Região primária falhar.

Em um grupo de replicação Redis sem cluster, as mensagens de pub/sub são distribuídas para todas as réplicas — qualquer assinante em qualquer nó recebe as mensagens publicadas em um canal. No entanto, no Modo de Cluster, o pub/sub é limitado a notificações de keyspace, e o pub/sub baseado em canais funciona apenas dentro de um único fragmento, a menos que você use o Redis 7+ com fragmentação de Pub/Sub (SSUBSCRIBE / SPUBLISH para pub/sub com reconhecimento de fragmentos). Essa é uma limitação importante ao projetar pub/sub em grande escala com o modo de cluster.

Monitore a métrica do CloudWatch ReplicationLag nas réplicas de leitura para garantir que elas estejam acompanhando o primário. Um atraso superior a alguns segundos indica um gargalo na réplica (nó sobrecarregado, problemas de rede ou mais gravações do que a réplica consegue processar). Em cenários de Global Datastore, monitore GlobalDatastoreReplicationLag. Um atraso elevado na replicação significa que as réplicas de leitura podem retornar dados desatualizados — algo importante para aplicações que esperam consistência eventual dentro de limites rigorosos.

Você pode fazer dimensionamento vertical (alterar o tipo de nó) ou dimensionamento horizontal (adicionar ou remover réplicas). Alterar o tipo de nó exige uma chamada modify-replication-group e causa um breve failover quando aplicado imediatamente — o primário é substituído por um novo nó do novo tipo. A adição de réplicas ocorre online, sem tempo de inatividade. Ao fazer a transição do modo sem cluster para o modo de cluster, você deve criar um novo grupo no modo de cluster e migrar os dados — não há conversão direta entre os modos com e sem cluster.

Teste sua compreensão dos conceitos do AWS Solutions Architect (SAA-C03) apresentados nesta lição.

Nesta lição, você aprendeu que: grupos de replicação fornecem dimensionamento de leitura por meio de réplicas e alta disponibilidade por meio de failover automático com endpoints primário/de leitura; o Modo de Cluster fragmenta os dados entre até 500 grupos de nós usando 16.384 intervalos de hash para permitir o dimensionamento horizontal além da memória de um único nó; e o Global Datastore replica dados entre Regiões para oferecer leituras globais com baixa latência e DR entre Regiões. A seguir, exploraremos estratégias de armazenamento em cache: carregamento lento e gravação direta no cache.