面试题：Redis预计算结果优化MySQL趋势分析查询的架构设计

Question

假设要实现《Redis预计算结果优化MySQL趋势分析查询》，请设计一个完整的架构，包括Redis与MySQL的数据交互流程、预计算逻辑的部署位置，以及如何保证数据的一致性和时效性。

Answer 1

架构设计

1. 数据存储：
   • MySQL：作为持久化数据库，存储完整的原始数据，用于长期保存和复杂查询。例如，存储时间序列数据，每行记录包含时间戳、指标值等信息。
   • Redis：用作缓存和预计算结果存储。可以使用Redis的Hash结构存储预计算的结果，键值对形式方便快速查询。比如以时间段（如一天）为键，该时间段内的趋势分析结果为值。
2. 预计算逻辑部署：
   • 独立服务：可以部署一个专门的预计算服务，该服务定期从MySQL中读取数据进行计算。例如，使用Python结合Pandas库进行数据分析和计算，计算出一段时间内数据的趋势（如上升、下降、平稳等）。这个服务可以部署在独立的服务器上，以减轻主应用服务器的压力。
   • 计算频率：根据数据的变化频率和业务需求设置预计算频率。如果数据变化频繁，如每小时更新一次，则预计算服务可以每小时运行一次，重新计算最新的趋势分析结果。
3. Redis与MySQL的数据交互流程：
   • 数据写入：
     • 业务系统将数据首先写入MySQL，保证数据的持久性。
     • 预计算服务定期从MySQL读取数据，计算完成后将结果写入Redis。例如，每天凌晨读取前一天的所有数据，计算趋势后写入Redis。
   • 数据读取：
     • 应用程序优先从Redis中读取预计算的趋势分析结果。如果Redis中没有对应数据（如缓存过期），则从MySQL读取数据，同时触发预计算服务重新计算并更新Redis。

保证数据一致性和时效性

1. 数据一致性：
   • 写操作：在将数据写入MySQL成功后，通过消息队列（如Kafka）发送一条消息给预计算服务，告知其有新数据需要计算。预计算服务接收到消息后，重新计算相关结果并更新Redis，这样保证MySQL和Redis的数据在写入操作上的一致性。
   • 读操作：应用程序从Redis读取数据时，如果发现数据不一致（如通过版本号或时间戳判断），则从MySQL重新读取并更新Redis，同时通知预计算服务进行数据同步。
2. 时效性：
   • 缓存过期策略：在Redis中设置合理的缓存过期时间，如一天。过期后，应用程序从MySQL读取数据并触发预计算服务更新Redis，确保数据的时效性。
   • 实时数据监测：预计算服务可以实时监测MySQL数据的变化（通过数据库的Binlog等机制），如果有重大数据变化（如数据量突然大幅增加），提前触发预计算，更新Redis中的结果，保证数据的时效性。