面试题：Redis跳跃表在高并发场景下的一致性问题及解决方案

Question

在高并发环境中，多个线程或进程可能同时对Redis跳跃表进行读写操作，这可能会导致数据一致性问题。请分析可能出现的一致性问题场景，并提出相应的解决方案，同时说明这些方案对跳跃表性能的影响。

Answer 1

可能出现的一致性问题场景

1. 读脏数据：一个线程正在更新跳跃表中的节点值，但尚未完成全部更新操作，此时另一个线程读取到了部分更新后、部分未更新的数据，导致读到脏数据。
2. 丢失更新：两个或多个线程同时对跳跃表中的同一个节点进行更新操作。如果没有适当的同步机制，可能会出现后一个线程的更新覆盖前一个线程的更新，从而导致部分更新丢失。
3. 数据不一致：在删除节点操作时，若多个线程同时执行删除操作，可能导致跳跃表结构损坏，出现不一致状态，例如指针指向错误的节点或节点被错误地重复删除等情况。

解决方案

1. 互斥锁（Mutex）：
   • 实现方式：在对跳跃表进行读写操作前，获取互斥锁，操作完成后释放互斥锁。这样同一时间只有一个线程或进程能够对跳跃表进行操作，保证了数据的一致性。
   • 对性能的影响：互斥锁会导致其他线程在锁竞争时阻塞，降低了并发性能。特别是在高并发场景下，锁竞争激烈，可能会导致大量线程等待，从而增加系统的响应时间。
2. 读写锁（Read - Write Lock）：
   • 实现方式：读写锁允许多个线程同时进行读操作，但只允许一个线程进行写操作。读操作时获取读锁，写操作时获取写锁。当有写锁被持有，其他读写操作都将被阻塞；而当只有读锁被持有时，其他读操作可以并行执行。
   • 对性能的影响：读操作并发性能较好，因为多个读操作可以同时进行。但写操作依然需要独占锁，可能会导致写操作等待读操作完成，同时写操作完成后也可能导致读操作等待写锁释放，在一定程度上影响整体性能。
3. 乐观锁：
   • 实现方式：在读取跳跃表数据时，记录版本号或时间戳。在写操作时，先检查当前版本号或时间戳是否与读取时一致，如果一致则进行写操作，并更新版本号或时间戳；如果不一致则说明数据已被其他线程修改，需要重新读取数据并再次尝试写操作。
   • 对性能的影响：乐观锁不需要在每次操作时都获取锁，因此在并发读多写少的场景下性能较好。但在写操作冲突频繁的场景下，可能会导致大量写操作重试，增加系统开销。
4. 事务（Transaction）：
   • 实现方式：将对跳跃表的多个操作封装成一个事务，Redis通过MULTI、EXEC命令实现事务功能。在事务执行过程中，要么所有操作都成功执行，要么都不执行，保证了数据的原子性和一致性。
   • 对性能的影响：事务在执行期间会独占资源，其他线程无法对跳跃表进行操作，这可能会影响并发性能。并且事务中的操作越多，执行时间越长，对性能的影响越大。