面试题：Redis AOF持久化与缓存淘汰策略在分布式系统中的深度协同与故障恢复

Question

在一个基于Redis的分布式缓存系统中，节点之间通过AOF持久化保持数据一致性，同时采用缓存淘汰策略管理各节点内存。当某个节点发生故障并重启后，如何确保AOF持久化数据与缓存淘汰策略协同恢复到故障前的状态，避免数据丢失和缓存不一致问题？请从AOF重写、缓存预热、淘汰策略同步等方面详细阐述实现方案，并分析可能遇到的难点及应对措施。

Answer 1

实现方案

1. AOF重写
   • 重写过程：在节点重启时，首先加载AOF文件。由于AOF文件随着时间推移可能会包含大量冗余命令，所以需要进行AOF重写。Redis提供了BGREWRITEAOF命令，它会在后台创建一个新的AOF文件，该文件只包含能够重建当前数据集的最小命令集。
   • 一致性保证：在重写过程中，主进程继续处理命令，新的写操作会被追加到旧的AOF文件中，同时也会记录在内存缓冲区中。当重写完成后，将新的AOF文件替换旧的AOF文件，并将内存缓冲区中的命令追加到新的AOF文件末尾，从而保证数据的一致性。
2. 缓存预热
   • 数据加载：利用重写后的AOF文件中的命令，逐步重建缓存数据。可以按照AOF文件中的命令顺序，重新执行写入操作，将数据加载到缓存中。
   • 预热策略：为了加快缓存预热速度，可以采用并行处理的方式。例如，将AOF文件中的命令按照一定规则（如按数据类型或按哈希槽）进行划分，然后使用多线程或多进程并行执行这些命令，快速将数据加载到缓存中。
3. 淘汰策略同步
   • 策略记录：在节点正常运行时，将当前节点使用的缓存淘汰策略记录到AOF文件中。可以在每次设置或修改淘汰策略时，向AOF文件中追加一条记录该策略的命令。
   • 策略恢复：节点重启后，在加载AOF文件数据的同时，从AOF文件中读取淘汰策略记录，并将其设置为当前节点的缓存淘汰策略，确保与故障前保持一致。

可能遇到的难点及应对措施

1. AOF文件过大导致加载缓慢
   • 难点分析：如果AOF文件非常大，加载过程可能会耗费大量时间，影响系统的恢复速度。
   • 应对措施：在日常运维中，定期执行AOF重写操作，保持AOF文件的紧凑性。另外，可以采用部分加载的方式，先加载AOF文件的一部分关键数据，使系统尽快恢复服务，然后在后台继续加载剩余数据。
2. 缓存预热过程中的数据一致性问题
   • 难点分析：在缓存预热过程中，如果有新的请求到达，可能会导致数据不一致。例如，新请求修改了某个键的值，而此时该键还未完成预热加载。
   • 应对措施：可以采用读写锁机制，在缓存预热期间，对缓存数据的读取操作允许并行进行，但对写入操作进行加锁，确保在预热完成后再处理新的写入请求。或者使用双缓存机制，在预热过程中，新的请求先写入临时缓存，待预热完成后，将临时缓存的数据合并到正式缓存中。
3. 淘汰策略同步的准确性
   • 难点分析：在记录和恢复淘汰策略时，可能会因为AOF文件损坏或记录格式错误等原因，导致淘汰策略同步不准确。
   • 应对措施：在记录淘汰策略时，采用校验和或其他数据完整性校验方法，确保记录的准确性。在恢复淘汰策略时，对读取到的策略进行有效性验证，如检查策略名称是否合法、参数是否正确等。如果发现策略记录有问题，可以使用默认策略或从其他节点同步正确的策略。