面试题：Redis队列与MySQL商品库存更新的专家级架构设计问题

Question

从系统架构层面出发，设计一个高可用、高性能且具备数据持久化保障的Redis队列结合MySQL商品库存更新方案，需要考虑到网络故障、Redis集群故障、MySQL主从切换等多种异常情况，并阐述各组件在不同场景下的工作机制。

Answer 1

整体架构设计

1. 生产者 - 消费者模型：使用Redis作为消息队列，生产者将商品库存更新消息发送到Redis队列中，消费者从队列中取出消息并更新MySQL商品库存。
2. Redis集群：采用Redis Cluster模式，保证Redis的高可用性和高性能。Redis Cluster通过将数据分布在多个节点上，实现数据的分片存储，提高读写性能。同时，通过节点之间的相互通信和故障检测，实现自动故障转移。
3. MySQL主从复制：部署MySQL主从架构，主库负责写操作，从库负责读操作。主从之间通过二进制日志（Binlog）进行数据同步，实现数据的冗余备份和读写分离，提高系统的可用性和性能。

异常情况处理及工作机制

1. 网络故障
   • 生产者与Redis之间网络故障：生产者可以采用重试机制，在网络故障恢复后重新发送消息到Redis队列。同时，可以设置消息的过期时间，避免消息长时间积压在生产者端。
   • Redis与消费者之间网络故障：消费者可以在网络恢复后重新连接Redis，并从故障点继续消费消息。Redis队列可以通过持久化机制（RDB或AOF）保证消息在故障期间不会丢失。
   • 消费者与MySQL之间网络故障：消费者可以将更新操作缓存在本地，待网络恢复后批量提交到MySQL。同时，MySQL可以通过事务机制保证数据的一致性，在网络故障导致部分操作失败时，能够回滚整个事务。
2. Redis集群故障
   • 节点故障：Redis Cluster具备自动故障转移功能。当某个节点发生故障时，集群中的其他节点会自动检测到，并将该节点的槽（slot）重新分配到其他正常节点上。生产者和消费者在与Redis集群交互时，需要具备自动重定向功能，能够根据集群的变化自动调整连接。
   • 脑裂问题：为避免脑裂问题，可以通过设置适当的参数，如cluster-node-timeout和min-replicas-to-write。cluster-node-timeout用于设置节点失联的超时时间，min-replicas-to-write用于设置在写入操作时至少需要的从节点数量。当脑裂发生时，新的主节点由于从节点数量不足，无法进行写操作，从而保证数据的一致性。
3. MySQL主从切换
   • 主库故障：当MySQL主库发生故障时，需要通过高可用（HA）工具（如MHA、Orchestrator等）进行主从切换，将从库提升为主库。在切换过程中，消费者需要暂停对MySQL的写操作，待切换完成后重新连接新的主库进行库存更新。
   • 数据同步延迟：在主从切换后，可能会存在数据同步延迟的问题。为避免数据不一致，可以在切换完成后，对库存数据进行一致性检查和修复。例如，可以通过对比主从库的数据校验和（如CRC32），找出不一致的数据并进行修复。

数据持久化保障

1. Redis持久化：采用AOF（Append - Only File）持久化方式，AOF将写操作以追加的方式记录到日志文件中。可以通过配置appendfsync参数来控制AOF的刷盘策略，如always（每次写操作都刷盘）、everysec（每秒刷盘一次）和no（由操作系统决定刷盘时机）。everysec策略在保证数据安全性的同时，对性能影响较小，是较为常用的配置。
2. MySQL数据持久化：MySQL通过InnoDB存储引擎的事务日志（Redolog）和二进制日志（Binlog）实现数据持久化。InnoDB引擎在执行事务时，会先将数据修改记录到Redolog中，然后在事务提交时将Binlog写入磁盘。通过这种方式，即使系统崩溃，MySQL也能够通过Redolog进行崩溃恢复，保证数据的一致性和持久性。

总结

通过上述设计，利用Redis的高性能队列特性和MySQL的数据持久化能力，结合针对各种异常情况的处理机制，可以构建一个高可用、高性能且具备数据持久化保障的商品库存更新方案。在实际应用中，还需要根据业务场景和性能需求进行进一步的优化和调整。