面试题：设计一个复杂业务场景下基于Redis GETBIT命令的结果缓存与更新机制

Question

假设存在一个复杂业务场景，涉及多个数据源的动态数据合并展示，且数据更新频率不一致。请设计一套基于Redis GETBIT命令的结果缓存与更新机制，详细说明缓存结构设计、数据获取与更新流程，以及如何确保数据的一致性和缓存的有效性，同时要考虑到系统的可扩展性和容错性。

Answer 1

缓存结构设计

1. 使用Redis的Bitmap结构：因为GETBIT命令操作的是Bitmap。可以以业务标识作为Key，不同数据源的数据在Bitmap中按位存储。例如，将每个数据源的数据映射到Bitmap的不同位上，通过这种方式可以高效地存储和查询不同数据源的数据状态。
2. 额外的Hash结构存储数据详情：为了存储完整的数据信息，除了Bitmap，使用一个Hash结构。Hash的Key同样是业务标识，Hash的Field为数据源标识，Value存储该数据源的具体数据。这样可以快速获取每个数据源的详细数据。

数据获取流程

1. 获取数据状态：首先使用GETBIT命令从Bitmap中获取各个数据源的数据状态。例如，通过判断对应位是0还是1，来确定该数据源的数据是否已经更新。
2. 获取具体数据：根据GETBIT命令获取的状态，对于状态为已更新（1）的数据源，从Hash结构中获取其对应的具体数据。如果多个数据源数据都已更新，则将从Hash中获取到的数据进行合并展示。

数据更新流程

1. 更新Bitmap：当某个数据源的数据发生更新时，使用SETBIT命令将Bitmap中对应数据源的位设置为1，表示数据已更新。
2. 更新Hash结构：同时，将更新后的数据存入Hash结构中对应的Field下，以确保数据的完整性。

确保数据一致性和缓存有效性

1. 一致性：
   • 版本号机制：在Hash结构中，可以额外添加一个版本号字段。每次数据更新时，版本号递增。在获取数据时，先检查版本号，如果版本号发生变化，说明数据有更新，重新获取并合并数据。
   • 原子操作：利用Redis的原子性操作，如SETBIT和HSET命令，确保数据更新过程中的一致性。
2. 缓存有效性：
   • 定期清理：可以设置一个定时任务，定期检查Bitmap中长时间未更新（状态位为0）的数据源，并从Hash结构中清理相应的过期数据。
   • 数据过期策略：为Hash结构中的数据设置过期时间，当数据过期时，重新从数据源获取最新数据并更新缓存。

系统的可扩展性和容错性

1. 可扩展性：
   • 分布式缓存：采用Redis集群，通过增加节点来扩展系统的存储和处理能力。在分布式环境下，使用一致性哈希算法将不同业务标识的数据均匀分布到各个节点上。
   • 数据源扩展：当有新的数据源加入时，只需在Bitmap中新增一位，并在Hash结构中新增对应的Field来存储数据，对现有逻辑影响较小。
2. 容错性：
   • 数据备份：Redis支持主从复制和哨兵模式，通过主从复制实现数据备份，哨兵模式用于监控主节点状态，当主节点故障时自动将从节点提升为主节点，保证系统的可用性。
   • 错误处理：在数据获取和更新过程中，对可能出现的网络故障、Redis节点故障等异常情况进行捕获和处理。例如，当获取数据失败时，进行重试机制，若多次重试仍失败，则记录错误日志并返回默认数据或提示用户数据获取失败。