面试题：设计一种高可用的Redis滑动窗口限流过期数据清理方案

Question

假设在一个分布式、高并发且对可用性要求极高的系统中使用Redis进行滑动窗口限流。请你设计一套完整的过期数据清理方案，要考虑到Redis集群的故障转移、数据一致性以及清理过程对业务性能的最小影响，同时需要详细说明该方案的工作流程和关键技术点。

Answer 1

过期数据清理方案

1. 基于时间戳的过期标记：在Redis中，为每个限流窗口内的记录添加一个时间戳字段，用于标记该记录何时应该过期。当新的请求进入时，计算当前时间与窗口起始时间的差值，如果超过窗口时间，则该记录过期。
2. 定期清理任务：在系统中设置一个定时任务，每隔一定时间（例如1分钟）遍历Redis中的限流记录。对于标记为过期的记录，进行删除操作。为了减少对业务性能的影响，每次遍历可以设置一个合理的数量限制，如每次处理1000条记录。
3. Redis集群故障转移与数据一致性：
   • 使用Redis Cluster的内置机制：Redis Cluster本身具备故障转移能力，当某个节点发生故障时，集群会自动将其负责的槽位重新分配到其他节点。为了保证数据一致性，在进行过期数据清理时，采用乐观锁机制。例如，在删除记录前，先获取记录的版本号，删除时带上版本号进行比对，如果版本号一致则删除成功，否则重新获取并尝试删除。
   • 数据同步：在节点故障转移后，新接管槽位的节点需要从其他节点同步最新的数据，以确保数据一致性。这可以通过Redis Cluster的自动数据同步机制来实现。

工作流程

1. 请求进入：系统接收到请求，首先检查当前请求对应的限流窗口记录是否存在。如果不存在，则创建新的记录，并设置时间戳为当前时间。
2. 限流检查：根据时间戳判断当前请求是否在有效窗口内。如果在窗口内，则继续处理请求；如果超出窗口，则进行限流处理，如返回错误信息或进行排队等待。
3. 定期清理：定时任务启动，遍历Redis中的限流记录，检查时间戳判断是否过期。对于过期记录，采用乐观锁机制进行删除操作。每次处理一定数量的记录后暂停，避免对业务性能造成过大影响。

关键技术点

1. 时间戳管理：精确计算和管理时间戳是确保过期数据正确清理的关键。需要注意系统时钟的准确性，以及不同节点间时钟的同步。
2. 乐观锁机制：在高并发环境下，通过乐观锁机制保证数据一致性，避免在清理过期数据时出现数据竞争问题。
3. 批量处理与性能优化：合理设置每次清理的记录数量，避免一次性处理过多记录导致Redis负载过高，影响业务性能。同时，可以考虑采用异步处理方式，将清理任务放到后台线程执行。