面试题：Redis事务ACID性质与分布式系统的融合及优化

Question

在分布式系统中使用Redis事务来保证ACID性质，会遇到诸如网络分区、节点故障等问题。以一个分布式电商订单系统为例，订单创建时涉及库存扣减、订单记录插入等Redis事务操作。请深入探讨如何在分布式环境下，通过改进Redis事务机制或者结合其他技术手段，最大程度地满足ACID性质，尤其是持久性（Durability）在面对节点故障和网络问题时如何保障和优化。

Answer 1

改进Redis事务机制

1. WAL（Write - Ahead Logging）改进：
   • Redis本身有AOF（Append - Only File）持久化机制，但可以进一步优化。在订单创建场景中，对于库存扣减和订单记录插入等操作，在执行事务前，将事务内容以追加的方式写入AOF文件。这样即使节点故障，重启后可通过重放AOF文件恢复到故障前的状态。例如，在库存扣减和订单记录插入事务开始前，将MULTI、相关SET（如库存设置新值）、HSET（如订单记录插入哈希表）等命令按顺序写入AOF文件。
   • 可以调整AOF的刷盘策略，如从默认的每秒刷盘（appendfsync everysec）改为每次写操作都刷盘（appendfsync always），虽然会降低一定性能，但能更好地保证持久性。不过这可能会带来磁盘I/O压力，需要在性能和持久性之间平衡。
2. 使用Lua脚本：
   • 对于订单创建这种涉及多个Redis操作的事务，可以使用Lua脚本来原子性执行。Lua脚本在Redis中是原子执行的，避免了并发操作问题。例如，编写一个Lua脚本，在脚本内先获取库存值，判断是否足够扣减，然后扣减库存并插入订单记录。这样能保证整个操作的原子性，类似事务的原子性（Atomicity），同时因为脚本是在Redis内部执行，减少了网络交互延迟。
   • 结合AOF持久化，Lua脚本的执行也会被记录到AOF文件中，确保故障恢复时能重现操作。

结合其他技术手段

1. Raft或Paxos协议：
   • 可以构建Redis集群，并采用Raft或Paxos等一致性协议。在订单创建事务中，当主节点执行库存扣减和订单记录插入事务时，通过一致性协议将事务日志同步到多个从节点。如果主节点发生故障，从节点可以根据同步的日志恢复数据，保证持久性。
   • 例如，在Raft协议中，主节点将事务日志以日志条目（Log Entry）的形式发送给从节点，从节点接收到后持久化日志并向主节点回复确认。只有多数节点确认后，主节点才认为事务提交成功，这样即使主节点故障，新选举的主节点也能根据日志恢复到正确状态。
2. 分布式事务框架（如Seata）：
   • Seata框架采用TC（Transaction Coordinator）、TM（Transaction Manager）和RM（Resource Manager）架构。在分布式电商订单系统中，TM负责开启、提交或回滚全局事务，RM负责管理Redis资源（如库存、订单记录等）。
   • 当订单创建时，TM开启全局事务，RM对库存扣减和订单记录插入等Redis操作进行分支事务注册。如果遇到节点故障或网络问题，TC会协调各RM进行事务回滚或恢复，通过undo_log等机制保证数据的一致性和持久性。例如，在库存扣减操作前，RM记录库存的原始值到undo_log，如果事务需要回滚，可根据undo_log恢复库存。