面试题：Redis与MySQL高并发下的版本管理挑战

可能遇到的问题

数据不一致：高并发下，读写操作频繁，可能导致 Redis 缓存与 MySQL 数据库中的数据版本不一致。例如，写操作先更新了 MySQL，还未更新 Redis 时，读操作从 Redis 读取到旧数据。
版本冲突：多个并发写操作同时尝试更新数据版本，可能引发冲突，导致数据错误或丢失更新。
缓存穿透：高并发读操作时，如果大量请求查询不存在的数据，绕过了缓存直接访问数据库，可能导致数据库压力过大，同时缓存中也不会有对应数据版本记录。
缓存雪崩：如果 Redis 中大量缓存数据的版本同时过期，可能会在同一时间内大量请求直接涌向数据库，造成数据库压力骤增甚至崩溃。

设计思路

引入版本号机制：在 MySQL 表中添加一个版本号字段，每次数据更新时，版本号递增。Redis 缓存中也存储对应的版本号，读操作时，对比缓存与数据库中的版本号，若不一致则更新缓存。
分布式锁：对于写操作，使用分布式锁保证同一时间只有一个写操作可以更新数据和版本号，避免版本冲突。
缓存预热：在系统启动时，提前将一些热点数据加载到 Redis 中，并设置合理的过期时间，避免缓存雪崩。
布隆过滤器：在缓存层之前添加布隆过滤器，快速判断请求的数据是否存在，减少无效请求对数据库的访问，防止缓存穿透。

关键实现步骤

数据库表结构调整：在相关 MySQL 表中添加 version 字段，类型可以为 int，初始值设为 1。

ALTER TABLE your_table_name ADD COLUMN version INT DEFAULT 1;

写操作流程：
- 获取分布式锁（如使用 Redis 的 SETNX 命令实现简单分布式锁）。
- 读取当前数据库中的版本号 currentVersion。
- 更新数据，并将版本号 currentVersion + 1 写入数据库。
- 更新 Redis 缓存，同时写入新的版本号。
- 释放分布式锁。
读操作流程：
- 从 Redis 中读取数据及版本号 cacheVersion。
- 从 MySQL 中读取数据及版本号 dbVersion。
- 对比 cacheVersion 与 dbVersion，若不一致：
  - 更新 Redis 缓存数据及版本号为数据库中的值。
- 返回数据。
缓存预热：在系统启动脚本中，编写逻辑从数据库加载热点数据到 Redis，并设置合理的过期时间。例如，使用 Python 的 Redis 客户端库：

import redis
import mysql.connector

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)
mydb = mysql.connector.connect(
  host="localhost",
  user="your_user",
  password="your_password",
  database="your_database"
)
mycursor = mydb.cursor()
mycursor.execute("SELECT * FROM your_table_name WHERE is_hot = 1")
result = mycursor.fetchall()
for row in result:
    key = f"your_key:{row[0]}"
    value = {
        "data": row[1:],
        "version": row[-1]
    }
    r.set(key, value)
    r.expire(key, 3600)  # 设置过期时间为1小时

布隆过滤器实现：使用第三方库如 pybloomfiltermmap 来实现布隆过滤器。在系统初始化时，将数据库中已有的数据主键等标识添加到布隆过滤器中。在每次读请求进入缓存层前，先检查布隆过滤器，若不存在则直接返回，不查询缓存和数据库。

from pybloomfiltermmap import BloomFilter

# 初始化布隆过滤器，预计元素数量和错误率可根据实际调整
bf = BloomFilter(capacity=1000000, error_rate=0.001, filename='bloomfilter.bf')

# 从数据库加载已有数据主键到布隆过滤器
mycursor.execute("SELECT id FROM your_table_name")
ids = mycursor.fetchall()
for id in ids:
    bf.add(str(id[0]))

在处理读请求时：

def handle_read_request(request_id):
    if str(request_id) not in bf:
        return None
    # 继续处理缓存和数据库查询逻辑

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面试题：Redis与MySQL高并发下的版本管理挑战

知识考点

面试题答案

可能遇到的问题

设计思路

关键实现步骤