面试题：Redis在MySQL读写分离中的高可用与数据同步

Question

假设在一个大型的MySQL读写分离系统中，Redis集群用于缓存数据。当Redis集群中的某个节点出现故障时，如何保证MySQL读写分离架构的正常运行且不丢失关键缓存数据？另外，在读写分离场景下，如何优化Redis与MySQL之间的数据同步机制以提升整体性能。

Answer 1

当Redis集群中某个节点出现故障时保证MySQL读写分离架构正常运行且不丢失关键缓存数据的方法：

1. Redis Sentinel机制：
   • 部署Sentinel节点，Sentinel会定期监控Redis主从节点的状态。当发现某个节点（如主节点）出现故障时，Sentinel会自动进行故障转移。它会从从节点中选举一个新的主节点，并通知其他从节点和客户端进行相应的调整。这样可以快速恢复Redis集群的可用性，保证MySQL读写分离架构仍然可以从Redis获取缓存数据。
   • 例如，假设有一个Redis主节点M和两个从节点S1、S2，以及三个Sentinel节点。当主节点M故障时，Sentinel会通过投票选举S1或S2成为新的主节点，从而维持Redis集群的正常工作。
2. Redis Cluster集群自愈：
   • 在Redis Cluster模式下，集群本身具备一定的自愈能力。当某个节点故障时，集群中的其他节点可以感知到。如果故障节点是从节点，对整体集群的读写影响相对较小，因为主节点仍然可以正常提供读写服务。如果故障节点是主节点，集群会根据配置和选举机制，从对应的从节点中选举出新的主节点，尽量减少对MySQL读写分离架构使用缓存数据的影响。
   • 例如，一个包含16384个哈希槽的Redis Cluster集群，每个节点负责一部分哈希槽。当某个负责部分哈希槽的主节点故障时，集群会重新分配这些哈希槽到其他正常节点，并选举新主节点。
3. 数据持久化与恢复：
   • 开启Redis的持久化机制，如RDB（Redis Database）和AOF（Append - Only File）。RDB会定期将内存中的数据快照保存到磁盘，AOF则是以日志的形式记录每次写操作。当节点故障恢复时，可以根据持久化文件恢复关键缓存数据。
   • 比如，设置RDB每60秒且数据集至少有100个写操作时进行一次快照，AOF则每秒同步一次写日志。这样即使节点故障，也能最大程度恢复故障前的数据。

在读写分离场景下优化Redis与MySQL之间的数据同步机制以提升整体性能的方法：

1. 异步更新策略：
   • 采用异步更新的方式，当MySQL数据发生变化时，不是立即同步到Redis，而是将同步操作放入消息队列（如Kafka、RabbitMQ等）。由消息队列消费者异步地从队列中取出数据更新请求，然后更新Redis缓存。这样可以避免MySQL写操作因等待Redis同步而产生的延迟，提升MySQL写性能。
   • 例如，在电商系统中，当商品库存数据在MySQL中更新后，将库存更新消息发送到Kafka队列，Kafka消费者监听队列，收到消息后更新Redis中的商品库存缓存数据。
2. 批量操作：
   • 减少Redis与MySQL之间的单次数据同步次数，进行批量操作。比如，当MySQL有多个数据更新时，可以将这些更新合并成一批发送到Redis进行更新。在MySQL端，可以在事务提交后，将多个相关的数据更新请求合并成一个批量请求发送给Redis更新逻辑。
   • 例如，在用户批量注册场景下，MySQL事务处理完多个用户注册数据插入后，将多个用户相关的缓存更新操作合并成一个批量请求，一次性发送到Redis进行缓存更新。
3. 缓存失效策略优化：
   • 合理设置Redis缓存的过期时间。对于不经常变化的数据，可以设置较长的过期时间；对于变化频繁的数据，设置较短的过期时间。同时，可以采用“主动失效 + 被动失效”相结合的策略。主动失效是指在MySQL数据更新时，主动使对应的Redis缓存失效；被动失效是指利用Redis自身的过期机制，让缓存数据自然过期。
   • 例如，对于新闻资讯类应用，热点新闻缓存设置较长过期时间，普通新闻缓存设置较短过期时间。当有新的新闻发布时，主动使相关的新闻列表和详情缓存失效。
4. 读写分离与缓存分层：
   • 在读写分离架构下，对于读操作，可以进一步优化。在应用层增加缓存分层，如在应用本地设置一级缓存（如Guava Cache），先从本地缓存读取数据，如果未命中再从Redis读取。这样可以减少对Redis的读压力，同时提高整体读性能。
   • 例如，在高并发的Web应用中，应用服务器本地缓存可以缓存部分常用的用户信息，当用户请求获取信息时，首先从本地缓存查找，未命中再访问Redis，从而提升响应速度。