面试题：缓存设计之高级难度：复杂业务场景下的缓存一致性策略

Question

假设你正在开发一个电商系统，涉及商品库存、价格以及订单状态等数据的频繁读写操作。请详细描述如何设计缓存以确保这些关键数据的一致性，同时要考虑高并发情况下系统的性能和稳定性，说说你设计的缓存更新策略和失效机制。

Answer 1

缓存设计思路

1. 数据分类缓存
   • 商品库存：使用分布式缓存（如Redis），以商品ID作为键，库存数量作为值。对于高销量商品可设置单独的缓存区域，提高访问效率。
   • 商品价格：同样以商品ID为键，价格信息为值存储在缓存中。可与库存缓存放在同一缓存系统，但设置不同的命名空间以便管理。
   • 订单状态：以订单ID为键，订单状态为值缓存。订单状态相对库存和价格变化频率较低，可设置较长的缓存时间。
2. 缓存架构 采用多级缓存架构，如本地缓存（如Guava Cache）结合分布式缓存。本地缓存用于处理部分高频读请求，减少对分布式缓存的压力，分布式缓存用于保证数据的一致性和共享性。

缓存更新策略

1. 读写锁策略
   • 在更新数据时，先获取写锁，阻止其他读操作。更新数据库后，同步更新缓存，然后释放写锁。读操作时获取读锁，多个读操作可同时进行，但写操作进行时，读操作需等待写锁释放。
2. 异步更新策略 对于非强一致性要求的数据更新，采用异步更新缓存的方式。例如，在订单状态更新后，将更新缓存的任务放入消息队列（如Kafka），由专门的消费者从队列中取出任务并更新缓存。这样可减少对业务流程的阻塞，提高系统响应速度。
3. 先更新数据库，再更新缓存 在更新数据时，先确保数据库更新成功，然后立即更新缓存。为防止更新缓存失败，可记录失败日志并进行重试机制，或者采用补偿机制，如通过定时任务检查数据库和缓存的一致性并进行修复。

缓存失效机制

1. 设置过期时间
   • 为缓存数据设置合理的过期时间。对于商品库存，由于变化频繁，过期时间可设置较短，如几分钟；商品价格过期时间可稍长，如几小时；订单状态过期时间可根据业务需求设置为一天或更长。
2. 主动失效 当数据库数据发生变化时，主动使相关缓存数据失效。例如，商品库存更新后，立即删除对应商品ID的缓存。可通过数据库的触发器或应用程序主动调用缓存删除接口来实现。
3. 缓存淘汰策略
   • 在缓存空间不足时，采用合适的淘汰策略，如LRU（最近最少使用）。Redis默认支持多种淘汰策略，可根据实际情况选择，确保重要数据不会被过早淘汰。