面试题：缓存设计之FIFO分布式缓存替换策略基础

Question

请阐述FIFO（先进先出）缓存替换策略的基本原理，在分布式缓存场景中，如何基于FIFO策略设计一个简单的缓存淘汰逻辑？

Answer 1

FIFO（先进先出）缓存替换策略基本原理

FIFO 缓存替换策略按照数据进入缓存的先后顺序进行管理。当缓存空间已满，需要淘汰数据时，会优先淘汰最早进入缓存的数据。这就如同队列的操作，先入队的数据先出队。在缓存中，每存入一个新数据项，就将其添加到队列尾部；当缓存达到容量上限且需要新空间时，从队列头部移除最早存入的数据项。

基于FIFO策略在分布式缓存场景设计简单缓存淘汰逻辑

1. 数据结构选择：在分布式缓存中，可以使用一个分布式队列（如 Redis 的 List 数据结构）来模拟 FIFO 队列。每个缓存节点都维护这样一个队列，记录数据项的进入顺序。
2. 缓存写入操作：当有新的数据需要写入缓存时，首先检查缓存是否已满。如果未满，将数据项添加到队列尾部，并将数据存储到缓存相应位置；如果已满，则从队列头部取出最早进入的缓存数据项，将其从缓存中删除，然后再将新数据项添加到队列尾部并存储到缓存。
3. 缓存读取操作：当读取缓存中的数据时，通常不需要改变 FIFO 队列的顺序。但是如果希望统计缓存命中率等信息，可以记录读取操作。若命中缓存，不改变队列；若未命中，则按照写入操作的逻辑处理。
4. 分布式一致性：在分布式环境中，可能需要考虑多个缓存节点之间的一致性。可以通过分布式协调工具（如 ZooKeeper）来同步各个节点的 FIFO 队列状态，确保所有节点在缓存淘汰时遵循一致的 FIFO 策略。例如，在某个节点淘汰数据时，通过 ZooKeeper 通知其他节点，以便其他节点也能更新相关的元数据或进行相应的调整。