面试题：Redis集群模式下如何保障MySQL数据查询可扩展性的高可用性

Question

当采用Redis集群来缓存MySQL查询结果以提升可扩展性时，如何确保在部分Redis节点故障的情况下，系统仍能高效地从MySQL获取数据且不影响整体的查询性能？描述涉及到的故障检测、数据迁移以及读写策略调整等方面的技术方案。

Answer 1

故障检测

1. 心跳机制：Redis集群节点之间通过定期发送心跳包（PING消息）来检测彼此的存活状态。若在一定时间内未收到某个节点的心跳响应（PONG消息），则判定该节点疑似故障。
2. 主观下线（PFail）：当某个节点对另一个节点的心跳检测超时而未收到响应，会将其标记为主观下线（PFail），表明自身认为该节点可能出现故障，但此时整个集群还未正式认定该节点故障。
3. 客观下线（Fail）：当集群中超过半数的主节点都将某个节点标记为主观下线时，这个节点会被标记为客观下线（Fail），此时集群会认为该节点已不可用，触发故障转移流程。

数据迁移

1. 故障转移：当某个主节点被标记为客观下线后，集群会从该主节点的从节点中选举出一个新的主节点。选举过程基于Raft算法的变种，从节点会向其他主节点请求投票，得票最多且超过半数的从节点会成为新的主节点，接管故障主节点的所有数据槽。
2. 重新分片：如果故障节点是主节点且没有足够的从节点来进行故障转移，或者集群出于负载均衡等原因，可能需要进行手动或自动的重新分片操作。Redis提供了redis-trib.rb工具（在Redis 6.0之前）或CLUSTER ADDSLOTS、CLUSTER DELSLOTS等命令来手动调整数据槽的分布。在自动重新分片场景下，集群管理系统（如Redis Cluster Manager等）会自动计算并执行数据槽的迁移，将原本分配给故障节点的数据槽重新分配到其他正常节点上。数据迁移过程中，会通过MIGRATE命令将数据从源节点传输到目标节点。

读写策略调整

1. 读策略
   • 故障前：读请求通常优先从Redis集群读取数据。客户端会根据数据的键计算出对应的CRC16值，再对16384取模，得到数据所在的数据槽编号，进而定位到存储该数据的Redis节点。
   • 故障后：当部分Redis节点故障时，若客户端发现从Redis读取数据失败（如返回MOVED错误表示数据已迁移，或直接连接失败等情况），则立即切换到从MySQL读取数据。为了减少对MySQL的压力，可以在应用层增加缓存层，将从MySQL读取的数据暂时缓存起来。例如，可以使用Guava Cache等本地缓存，当再次请求相同数据时，优先从本地缓存读取，若本地缓存不存在则从MySQL读取并更新本地缓存。
2. 写策略
   • 故障前：写请求会同时写入MySQL和Redis集群。写入Redis时，同样通过键计算数据槽编号找到对应的节点进行写入。
   • 故障后：若Redis节点故障导致写操作失败，应用程序可以选择重试一定次数（如3次），如果仍然失败，则先确保数据成功写入MySQL，同时记录失败日志。对于Redis写入失败的数据，可以在故障恢复后，通过日志记录将这些数据重新同步到Redis集群中。为了确保数据一致性，在从MySQL读取数据时，可以对比数据的版本号（如在MySQL表中增加一个版本字段，每次写入操作版本号递增），若发现Redis中的数据版本号落后于MySQL，则从MySQL重新读取数据并更新到Redis。