面试题：Redis RDB过期键备份恢复的一致性与可靠性

Question

假设Redis集群在进行RDB过期键备份恢复过程中出现网络分区，如何保证数据的一致性和恢复的可靠性？请详细描述可能的解决方案及原理。

Answer 1

解决方案及原理

1. 设置过期键在主从节点同步
   • 解决方案：在主节点设置过期键时，通过Redis的主从复制机制，将过期键的设置操作同步到从节点。这样在网络分区恢复后，各节点的数据状态能尽量保持一致。
   • 原理：Redis主从复制是基于命令传播的，主节点会将写命令传播给从节点，从节点执行相同命令来保持数据同步。对于过期键设置，主节点将设置过期时间的命令传播给从节点，从节点同样设置该键的过期时间，从而在网络分区前各节点对过期键状态保持一致。在网络分区恢复后，若有数据不一致情况，可通过重新同步过期键状态来修复。
2. 使用AOF重写
   • 解决方案：在网络分区恢复后，利用AOF（Append - Only File）重写机制。AOF记录了所有写操作，重写会将AOF文件中的过期键相关操作进行整理，去除已过期键的冗余记录，并重写AOF文件。
   • 原理：AOF重写过程中，Redis会读取当前数据库状态，将有效数据对应的写命令重新写入新的AOF文件。对于过期键，由于其已过期，不会被写入新的AOF文件。这样在恢复时，基于重写后的AOF文件进行数据恢复，能保证数据一致性，因为过期键不会被错误恢复。
3. 引入外部协调机制（如Zookeeper）
   • 解决方案：借助Zookeeper等外部协调工具，在Redis集群中选举出一个协调者节点。在网络分区期间，各节点将过期键相关信息汇报给协调者节点。网络分区恢复后，协调者节点根据收集的信息，统一协调各节点的数据恢复，确保数据一致性。
   • 原理：Zookeeper提供了分布式协调服务，具有强一致性。Redis各节点通过Zookeeper进行信息交互，协调者节点基于Zookeeper的一致性保证，能准确收集过期键信息。在恢复阶段，协调者节点根据这些信息向各Redis节点发送恢复指令，各节点按指令操作，从而保证整个集群数据的一致性和恢复的可靠性。
4. 设置过期键的逻辑删除标记
   • 解决方案：在网络分区前，对于即将过期的键，不立即物理删除，而是设置一个逻辑删除标记。在网络分区恢复后，各节点根据这个逻辑删除标记，统一删除过期键。
   • 原理：这种方式避免了在网络分区期间因过期键删除操作不同步导致的数据不一致。每个节点在网络分区期间都知道哪些键应被删除（通过逻辑标记），在网络恢复后，统一执行删除操作，保证所有节点上过期键都被正确删除，维护数据一致性。同时，逻辑删除标记在一定程度上减少了网络分区期间因物理删除带来的额外网络开销和数据同步复杂性，提升恢复的可靠性。