StatefulSet 详解：有状态应用（MySQL/Redis）如何优雅上云

在 Kubernetes 的世界里，Deployment 和 ReplicaSet 是管理无状态应用（Stateless Application）的利器。它们可以轻松地进行滚动更新、扩缩容，并且 Pod 实例之间完全平等，可以互相替换。然而，当我们需要部署数据库（如 MySQL、PostgreSQL）、消息队列（如 Kafka）、缓存系统（如 Redis Cluster）等有状态应用（Stateful Application）时，Deployment 就显得力不从心了。

有状态应用的核心特征包括：

稳定的网络标识：每个实例需要一个固定且唯一的名称，即使重启或重新调度，客户端也需要能通过这个固定标识访问到它。
稳定的持久化存储：每个实例的数据需要独立且持久地保存，并与实例的生命周期绑定，即使 Pod 被重建，数据也不能丢失或错乱。
有序的部署与扩缩容：实例的启动、升级、删除往往需要遵循严格的顺序（例如，数据库主节点要先于从节点启动）。

为了满足这些需求，Kubernetes 引入了 StatefulSet 这个强大的工作负载控制器。

StatefulSet 核心概念解析

与 Deployment 的关键区别

特性	Deployment (无状态)	StatefulSet (有状态)
Pod 标识	随机哈希，不固定 (e.g., `webapp-5d89b4f6d-abc1x`)	固定有序索引 (e.g., `mysql-0`, `mysql-1`)
网络标识	共享同一个 Service，负载均衡到任意 Pod	每个 Pod 有独立的 DNS 记录：`<pod-name>.<svc-name>.<namespace>.svc.cluster.local`
存储	所有 Pod 共享 PVC（如果配置），或使用空卷	每个 Pod 拥有独立的、稳定的 PVC，通过 `volumeClaimTemplates` 动态创建
创建/删除顺序	并行，无顺序	顺序：从索引 0 到 N-1 创建，逆序删除
扩缩容顺序	无序	扩容：顺序创建新索引 Pod；缩容：逆序删除高索引 Pod
更新策略	RollingUpdate / Recreate	RollingUpdate (分区更新) / OnDelete

核心组件协同工作

一个完整的 StatefulSet 部署通常涉及以下几个部分：

StatefulSet 控制器：定义 Pod 模板、副本数、更新策略等。
Headless Service：一个 clusterIP: None 的 Service，用于为每个 Pod 提供唯一的 DNS 记录，是实现稳定网络标识的关键。
VolumeClaimTemplate (存储卷申请模板)：定义每个 Pod 需要申请的 PersistentVolumeClaim (PVC) 的规格。StatefulSet 控制器会按 Pod 索引自动创建形如 data-mysql-0， data-mysql-1 的 PVC。
PersistentVolume (PV)：由集群管理员提供或通过 StorageClass 动态供给的持久化存储资源。

实战：在 Kubernetes 中部署 MySQL 主从集群

下面我们通过一个经典的 MySQL 主从复制（Master-Slave）案例来演示 StatefulSet 的强大功能。

第一步：创建 Headless Service 和 ConfigMap

首先，创建一个用于服务发现的 Headless Service。

# mysql-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
  - name: mysql
    port: 3306
  clusterIP: None # 这是关键，定义为 Headless Service
  selector:
    app: mysql
---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mysql-config
data:
  master.cnf: |
    [mysqld]
    log-bin=mysql-bin
    server-id=1
  slave.cnf: |
    [mysqld]
    super-read-only=1
    server-id=2

第二步：创建 StatefulSet

这是最核心的部分。我们定义了一个 3 副本的 StatefulSet，并为每个 Pod 配置了独立的存储和配置。

# mysql-statefulset.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  serviceName: "mysql" # 必须指向前面创建的 Headless Service
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      initContainers:
      - name: init-mysql
        image: mysql:5.7
        command:
        - bash
        - "-c"
        - |
          # 根据 Pod 序号，拷贝不同的配置文件
          set -ex
          [[ `hostname` =~ -([0-9]+)$ ]] || exit 1
          ordinal=${BASH_REMATCH[1]}
          if [ $ordinal -eq 0 ]; then
            cp /mnt/config-map/master.cnf /mnt/conf.d/
          else
            cp /mnt/config-map/slave.cnf /mnt/conf.d/
          fi
        volumeMounts:
        - name: conf
          mountPath: /mnt/conf.d
        - name: config-map
          mountPath: /mnt/config-map
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:5.7
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysql-secret # 假设已创建包含密码的Secret
              key: password
        ports:
        - name: mysql
          containerPort: 3306
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/mysql
          subPath: mysql # 可选的子路径
        - name: conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d
        resources:
          requests:
            cpu: 500m
            memory: 1Gi
      volumes:
      - name: config-map
        configMap:
          name: mysql-config
  volumeClaimTemplates: # 核心！为每个 Pod 生成独立的 PVC
  - metadata:
      name: data
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      storageClassName: "standard" # 替换为你的 StorageClass
      resources:
        requests:
          storage: 10Gi

关键点解释：

serviceName: "mysql"：将此 StatefulSet 与 mysql 这个 Headless Service 绑定。
initContainers：初始化容器根据 Pod 的序号（mysql-0， mysql-1…）来区分主从，并拷贝对应的配置文件。
volumeClaimTemplates：这是 StatefulSet 的灵魂。它会为每个 Pod（mysql-0， mysql-1， mysql-2）自动创建独立的 PVC（data-mysql-0， data-mysql-1， data-mysql-2）。Pod 与 PVC 的绑定关系是稳定的，即使 Pod mysql-0 被重建，它依然会挂载到 data-mysql-0 这个卷上。

第三步：验证与操作

应用配置：

kubectl apply -f mysql-service.yaml
kubectl apply -f mysql-statefulset.yaml

观察启动顺序：
```
kubectl get pods -l app=mysql -w
```
你会看到 Pod 严格按照 mysql-0 -> mysql-1 -> mysql-2 的顺序启动。

验证稳定的网络标识：

# 在集群内另一个Pod中执行
nslookup mysql-0.mysql.default.svc.cluster.local
nslookup mysql-1.mysql.default.svc.cluster.local

每个 Pod 都有唯一且可解析的 DNS 名称。

验证稳定的存储：
```
kubectl get pvc -l app=mysql
```
会看到三个分别绑定到三个 PV 的 PVC。
初始化主从复制（需手动或通过额外Operator完成）：登录 mysql-0（主库）创建复制用户，查看 SHOW MASTER STATUS。登录 mysql-1 和 mysql-2（从库），执行 CHANGE MASTER TO ... 指向 mysql-0.mysql，然后 START SLAVE。

进阶：部署 Redis Sentinel 高可用集群

对于 Redis，我们可以利用 StatefulSet 来部署一个包含 Sentinel 的高可用方案。思路是：用一个 StatefulSet 部署多个 Redis 实例（其中一个为主，其余为从），用另一个 StatefulSet 部署多个 Sentinel 监控实例。

Redis StatefulSet 示例片段：

# redis-statefulset.yaml (部分)
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: redis
spec:
  serviceName: redis
  replicas: 3
  template:
    spec:
      containers:
      - name: redis
        image: redis:6-alpine
        command: ["redis-server"]
        args: ["/etc/redis/redis.conf"]
        env:
        - name: REDIS_PORT
          value: "6379"
        - name: POD_IP
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: status.podIP
        # 可以使用环境变量或配置文件，根据 POD_NAME 决定角色
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: redis-data
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

Sentinel StatefulSet 示例片段：

# redis-sentinel-statefulset.yaml (部分)
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: redis-sentinel
spec:
  serviceName: redis-sentinel
  replicas: 3
  template:
    spec:
      containers:
      - name: sentinel
        image: redis:6-alpine
        command: ["redis-sentinel"]
        args: ["/etc/redis/sentinel.conf"]
        env:
        - name: SENTINEL_PORT
          value: "26379"
        - name: REDIS_MASTER_SERVICE_HOST
          value: "redis" # 指向 Redis 的 Service

通过初始化容器或启动脚本，可以自动发现 Redis Pod 的 IP 并配置主从关系和 Sentinel 的监控目标。

StatefulSet 的更新策略与运维

StatefulSet 支持两种更新策略：

RollingUpdate（默认）：可以配合 partition 字段进行“金丝雀发布”或“分阶段发布”。例如，设置 partition: 1，则只有索引 >=1 的 Pod（如 mysql-1， mysql-2）会被更新，mysql-0（主库）保持不变，实现可控更新。
OnDelete：只有手动删除 Pod 后，才会用新模板创建，提供最大控制权。

运维建议：

备份：定期备份 PV 中的数据。对于数据库，建议使用物理备份（文件快照）或逻辑备份（mysqldump）相结合。
监控：密切监控 Pod 状态、存储使用量、数据库连接数和性能指标。
使用 Operator：对于生产级的关键有状态应用（如 MySQL, PostgreSQL, Redis, Elasticsearch），强烈推荐使用对应的 Kubernetes Operator（如 Percona Operator for MySQL， Redis Operator）。Operator 封装了领域知识，能自动化处理故障转移、备份恢复、配置更新等复杂操作，大大降低了运维复杂度。

总结

StatefulSet 是 Kubernetes 为有状态应用量身定制的解决方案，它通过提供稳定的网络标识、稳定的独立存储和有序的 Pod 管理，使得在云原生环境中运行数据库、缓存等复杂系统成为可能。

将 MySQL、Redis 等有状态应用迁移上云时，StatefulSet 是基础。然而，要构建生产可用的高可用集群，通常需要结合 Init Container、Sidecar Container 进行初始化配置，并最终考虑采用成熟的 Operator 框架来管理全生命周期，从而实现真正的“无忧”上云。通过本文的详解和实战案例，希望你能够掌握 StatefulSet 的精髓，为你自己的有状态应用上云之旅打下坚实的基础。

文档信息

本文作者：JiliangLee
本文链接：https://leejiliang.cn/2026/01/15/StatefulSet-%E8%AF%A6%E8%A7%A3%E6%9C%89%E7%8A%B6%E6%80%81%E5%BA%94%E7%94%A8MySQLRedis%E5%A6%82%E4%BD%95%E4%B8%8A%E4%BA%91/
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StatefulSet 详解：有状态应用（MySQL/Redis）如何优雅上云

StatefulSet 详解：有状态应用（MySQL/Redis）如何优雅上云

StatefulSet 核心概念解析

与 Deployment 的关键区别

核心组件协同工作

实战：在 Kubernetes 中部署 MySQL 主从集群

第一步：创建 Headless Service 和 ConfigMap

第二步：创建 StatefulSet

第三步：验证与操作

进阶：部署 Redis Sentinel 高可用集群

StatefulSet 的更新策略与运维

总结

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