面试题：Redis预计算优化MySQL报表生成的架构设计

Question

假设要通过Redis预计算优化MySQL报表生成速度，设计一个详细的系统架构，说明各个组件的功能、数据流向以及Redis在其中所承担的角色，包括如何处理数据一致性和高可用性问题。

Answer 1

系统架构组件及功能

1. MySQL数据库：存储业务的原始数据，是数据的持久化存储中心。报表生成所需的基础数据来源于此。
2. 应用服务器：负责接收报表生成的请求，调用相关逻辑进行数据处理和报表生成。它与MySQL交互获取数据，并与Redis交互获取预计算结果或写入预计算数据。
3. Redis缓存：用于预计算和存储报表相关数据。它可以快速读取和写入数据，大大提高报表生成的响应速度。

数据流向

1. 正常请求流程：
   • 用户通过前端发送报表生成请求到应用服务器。
   • 应用服务器首先检查Redis中是否存在所需的预计算报表数据。
   • 如果存在，直接从Redis获取数据并返回给前端生成报表。
   • 如果不存在，应用服务器从MySQL数据库中查询相关数据。
   • 应用服务器对从MySQL获取的数据进行计算和处理，生成报表数据。
   • 将生成的报表数据写入Redis缓存，以便后续相同请求可以直接获取。
   • 最后将报表数据返回给前端进行展示。
2. 数据更新流程：
   • 当MySQL中的基础数据发生变化时（例如插入、更新、删除操作），相关的应用逻辑会通知应用服务器。
   • 应用服务器收到通知后，删除Redis中受影响的预计算报表数据，确保下次请求时重新从MySQL获取最新数据进行计算。

Redis承担的角色

1. 预计算存储：在应用服务器对MySQL数据进行计算后，将结果存储在Redis中，减少下次相同报表请求时对MySQL的查询和计算开销。
2. 快速数据读取：作为高速缓存，使应用服务器能够快速获取报表数据，提高响应速度。

数据一致性处理

1. 主动失效：如上述数据更新流程所述，当MySQL数据变化时，主动删除Redis中相关的预计算数据。这可以通过数据库的触发器、事务监听机制或者应用层面的逻辑来实现。
2. 读写锁机制：在对Redis进行写入操作（如更新预计算数据）时，加写锁，防止其他读操作获取到不一致的数据。写操作完成后释放锁。读操作时加读锁，允许多个读操作并行，但写操作进行时，读操作等待。

高可用性处理

1. Redis Sentinel：使用Redis Sentinel来监控主Redis节点的状态。当主节点出现故障时，Sentinel可以自动将一个从节点晋升为主节点，确保Redis服务的可用性。
2. Redis Cluster：采用Redis Cluster模式，数据分布在多个节点上，通过数据分片提高系统的可扩展性和可用性。每个节点都可以处理读写请求，并且节点之间通过gossip协议进行状态交换和故障检测。如果某个节点发生故障，集群可以自动将其负责的数据迁移到其他节点上，继续提供服务。