面试题：缓存设计之中等难度：日志处理中的缓存架构设计

Question

在日志处理与分析系统中，假设每天会产生大量的日志数据，你需要设计一个缓存架构来优化日志的读取和初步分析。请阐述你设计的缓存架构，包括缓存的层级、缓存数据的类型以及如何保证缓存数据的一致性。

Answer 1

缓存架构设计

1. 缓存层级：
   • 一级缓存：采用内存型缓存，如 Redis。它具有极高的读写速度，适用于存储最近频繁访问的日志数据片段。例如，最近一小时内的热门业务操作相关日志。将日志以键值对形式存储，键可以设计为日志的唯一标识（如时间戳 + 日志 ID），值为完整日志内容。
   • 二级缓存：使用分布式文件系统（如 Ceph 等）进行大容量缓存。它的读写速度比内存缓存稍慢，但可以存储大量数据。存储过去一天内相对较频繁访问的日志数据，按时间范围或业务类别进行分块存储，便于快速检索。
2. 缓存数据类型：
   • 原始日志数据：在一级缓存和二级缓存的早期阶段，存储完整的原始日志记录。这有助于快速响应对于具体日志条目的查询，无需从后端海量存储系统中获取。
   • 预处理后数据：在一级缓存中，对于一些高频查询的分析结果进行缓存。例如，统计最近一小时内不同业务操作的次数、成功率等聚合数据。这些数据可以通过定时任务或实时处理流程从原始日志生成，并存储在缓存中。
3. 保证缓存数据一致性：
   • 写操作：
     • 当新日志数据写入时，首先写入后端持久化存储（如数据库或分布式文件系统），确保数据不丢失。
     • 同时，将新数据写入一级缓存，更新相关的聚合数据缓存（如果有）。对于二级缓存，根据数据的时间窗口和重要性，决定是否立即写入，也可以采用异步批量写入的方式，减少对主流程的影响。
   • 更新操作：
     • 如果日志数据需要更新，同样先在后端持久化存储更新。
     • 然后立即更新一级缓存中的对应数据。对于二级缓存，可以在一定时间窗口内（如 5 分钟）进行检查和更新，减少频繁更新带来的性能损耗。
   • 失效策略：
     • 一级缓存采用较短的过期时间（如 10 分钟），确保缓存数据及时更新。对于一些重要且不常变化的聚合数据，可以设置较长的过期时间（如 1 小时）。
     • 二级缓存根据数据的时效性设置过期时间，例如过去一天的数据可以在缓存中保留一周后过期。
   • 缓存一致性检查：
     • 定期（如每小时）通过后台任务对比缓存数据和后端持久化存储的数据，对于不一致的数据进行更新。
     • 在系统启动时，对缓存进行全面检查和数据重建，确保缓存数据的准确性。