面试题：Redis分布式锁唯一标识跨集群存储与查询的极致优化

Question

假设Redis采用集群部署，在跨集群环境下存储分布式锁唯一标识，会面临哪些挑战？如何设计一套存储与查询方案，实现跨集群间数据的高效同步与查询，同时还要考虑网络分区、数据丢失等极端情况对锁机制的影响？

Answer 1

面临的挑战

1. 网络延迟与带宽：跨集群意味着不同地理位置或数据中心的节点通信，网络延迟高、带宽有限可能导致锁操作响应慢，影响系统性能。
2. 数据一致性：在不同集群间同步数据时，保证数据的强一致性较困难，可能出现数据不一致情况，导致锁的状态不准确。
3. 网络分区：跨集群环境更容易出现网络分区，当部分集群间网络中断，可能造成数据同步失败，影响锁机制的正常运行。
4. 数据丢失：某个集群发生故障、磁盘损坏等情况可能导致数据丢失，进而影响分布式锁的正确性。

存储与查询方案设计

1. 数据存储
   • 使用Redis的主从复制与AOF/RDB持久化：每个集群内采用主从复制架构，主节点负责写操作，从节点负责读操作，提高读性能。同时开启AOF（Append - Only File）和RDB（Redis Database）持久化机制，确保数据在节点故障重启后不丢失。
   • 跨集群数据同步：利用Redis的外部同步工具如Redis - Sentinel或Redis Cluster自带的集群间同步机制，定期或实时同步锁数据到其他集群。例如，当一个集群的主节点接收到锁的创建或释放操作，通过同步机制将数据推送到其他集群的主节点。
2. 查询方案
   • 本地优先查询：应用程序在获取锁时，优先查询本地集群内的Redis节点。如果本地集群内获取到锁信息，则直接返回结果，减少跨集群网络开销。
   • 跨集群查询：若本地集群未获取到锁信息，再通过跨集群通信机制查询其他集群。可以设置一个全局的元数据存储，记录每个锁在哪个集群可能存在，以减少不必要的跨集群查询。
3. 应对极端情况
   • 网络分区：在网络分区发生时，每个分区内的集群继续提供服务，但只在本分区内进行锁操作。当网络恢复后，通过同步机制合并各分区的数据，恢复全局一致性。例如，可以使用版本号或时间戳来标识数据的新旧，在合并时以新数据为准。
   • 数据丢失：通过持久化机制和多副本存储来应对数据丢失。若某个集群数据丢失，从其他集群同步数据恢复。同时，设置合理的监控与报警机制，及时发现并处理数据丢失问题。例如，定期对比各集群间的数据，发现差异及时修复。