面试题：定制化Redis整数集合并发控制策略

Question

假设现有一个特定业务场景，对Redis整数集合的并发读写操作频率极高，且对数据实时性和一致性要求苛刻。请设计一套定制化的并发控制策略，详细说明策略的架构、关键算法以及如何与Redis现有机制协同工作，同时评估该策略在不同负载下的可扩展性和容错性。

Answer 1

策略架构

1. 读写锁机制：采用读写锁（Read-Write Lock），读操作并发执行，写操作独占锁。这确保读操作不阻塞读操作，而写操作时，其他读写操作都被阻塞，保证数据一致性。
2. 队列缓冲：引入一个消息队列（如Kafka），用于缓冲写操作。当写操作请求到达时，先将其放入队列，由队列消费者按照顺序执行写操作，确保写操作顺序性，保证数据实时性。

关键算法

1. 读写锁算法：实现一个简单的读写锁数据结构，例如使用互斥锁（Mutex）和计数器。读锁获取时，计数器加1，只要计数器大于0，其他读锁可以继续获取；写锁获取时，先等待计数器为0，获取成功后锁定，其他读写锁都无法获取，释放写锁时，解除锁定。
2. 队列处理算法：在队列消费者端，从队列中取出写操作，按照顺序依次执行对Redis整数集合的写操作。

与Redis现有机制协同工作

1. 读操作：在获取读锁后，直接使用Redis的读命令（如GET等）获取整数集合数据。
2. 写操作：将写操作（如SET、INCR等）封装成消息放入队列，队列消费者获取消息后，使用Redis写命令执行操作。同时，在写操作前获取写锁，操作完成后释放写锁。

不同负载下的可扩展性评估

1. 低负载：读写锁机制开销较小，队列缓冲几乎无压力，系统性能良好，可扩展性强。读操作并发执行，写操作按顺序处理，能高效处理少量并发请求。
2. 高负载：读操作由于并发执行，性能仍能保持一定水平。但写操作队列可能出现积压，此时可通过增加队列消费者数量来提高处理能力，可扩展性仍较强。不过，如果读操作过多，读写锁竞争加剧，可能影响性能，可考虑优化读锁获取机制或采用分布式读写锁。

容错性评估

1. 网络故障：队列可提供一定的容错能力，若Redis节点网络故障，写操作在队列中暂存，待故障恢复后继续处理。读操作可能受影响，但通过读写锁机制可避免脏读。
2. 节点故障：对于Redis节点故障，可采用Redis Cluster等集群方案实现自动故障转移。同时，队列中的写操作可保证数据一致性，待新节点加入后继续执行写操作。若队列节点故障，可采用多副本机制确保消息不丢失。