系统架构设计
- 读写分离：在MySQL层面，采用主从复制架构实现读写分离。主库负责写操作，从库负责读操作。应用程序根据操作类型（读或写），分别连接到对应的主库或从库。这样可以有效减轻主库的读压力，提高整体性能。例如，对于用户查询操作，直接访问从库；对于订单创建等写操作，访问主库。
- 缓存层：在应用程序和数据库之间引入Redis作为缓存层。对于读操作，先尝试从Redis中获取数据，如果命中则直接返回，减少对MySQL的读压力。对于写操作，在更新MySQL数据后，及时更新或删除Redis中的相关缓存数据，以保证数据一致性。例如，商品信息的查询，优先从Redis缓存获取，商品价格更新后，删除Redis中对应的商品缓存。
- 负载均衡：在应用层使用负载均衡器（如Nginx、HAProxy等），将客户端请求均匀分配到多个应用服务器节点上，提高系统的并发处理能力。同时，对MySQL主从库和Redis集群也可使用相应的负载均衡方案，确保各个节点的负载均衡。
锁机制具体实现
- 获取锁：使用Redis的SETNX（SET if Not eXists）命令实现分布式锁。当一个客户端尝试获取锁时，它会向Redis发送SETNX key value命令，其中key是锁的名称，value可以是一个唯一的标识（如UUID），代表获取锁的客户端。如果SETNX命令返回1，表示成功获取锁；返回0，则表示锁已被其他客户端持有。
import redis
import uuid
r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)
def acquire_lock(lock_name, acquire_timeout=10):
identifier = str(uuid.uuid4())
end = time.time() + acquire_timeout
while time.time() < end:
if r.setnx(lock_name, identifier):
return identifier
time.sleep(0.01)
return False
- 释放锁：获取锁的客户端在完成操作后，需要释放锁。释放锁时，通过Lua脚本确保释放操作的原子性。因为直接使用DEL命令可能会误删其他客户端持有的锁。Lua脚本先检查锁的value是否与当前客户端的标识一致，如果一致则执行DEL命令删除锁。
-- 删除锁的Lua脚本
if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
return redis.call("DEL", KEYS[1])
else
return 0
end
def release_lock(lock_name, identifier):
script = """
if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
return redis.call("DEL", KEYS[1])
else
return 0
end
"""
r.eval(script, 1, lock_name, identifier)
异常情况处理
- 网络分区：在网络分区发生时，可能会出现部分节点之间无法通信的情况。为了应对这种情况，Redis可采用多副本架构（如Redis Cluster），并配置合适的节点选举和故障转移机制。在网络分区恢复后，各个节点可以通过数据同步机制恢复一致性。同时，应用程序在获取锁时设置合理的超时时间，当网络分区导致获取锁操作长时间无响应时，客户端可以主动放弃获取锁，避免无限等待。
- 节点故障：对于MySQL节点故障，主从复制架构中有从库可以在主库故障时通过选举机制提升为新的主库，继续提供写服务。同时，应用程序需要配置连接池，在检测到某个节点故障时，自动切换到可用的节点。对于Redis节点故障，如果使用Redis Cluster，集群会自动将故障节点的槽位迁移到其他正常节点上，保证服务的可用性。应用程序在与Redis交互时，采用重试机制，当遇到节点故障导致的操作失败时，进行一定次数的重试。例如，对于获取锁操作，若因Redis节点故障失败，可重试3次，每次重试间隔适当时间（如1秒）。
