面试题：缓存设计之基于缓存的会话管理方案专家难度题

Question

如果要在一个分布式系统中实现基于缓存的会话管理方案，该方案需满足跨地域数据同步、会话数据的一致性和高可用性，你将如何设计？请详细描述设计思路、涉及的技术选型以及数据同步和一致性保障机制。

Answer 1

设计思路

1. 分层架构：采用客户端 - 缓存层 - 持久化存储层的分层架构。客户端发起请求，首先访问缓存层获取会话数据，缓存层作为会话数据的主要访问入口，减轻持久化存储层的压力。若缓存未命中，则从持久化存储层读取数据并更新缓存。
2. 多地域部署：在各个地域部署缓存节点，以降低本地用户的访问延迟。同时，建立跨地域的数据同步机制，确保各个地域缓存数据的一致性。
3. 会话标识：为每个会话生成唯一的会话标识（如 JWT 等），客户端在每次请求中携带该标识，以便系统准确识别会话。

技术选型

1. 缓存：选用 Redis 作为缓存技术。Redis 具有高性能、支持多种数据结构、丰富的集群模式（如 Redis Cluster），能满足分布式环境下的缓存需求。其支持数据持久化，可保障数据在重启后不丢失。同时，Redis 具备发布 - 订阅功能，可用于实现数据同步。
2. 持久化存储：可选用 Cassandra 或 MongoDB 等分布式数据库。这些数据库具有良好的扩展性和高可用性，能应对大量会话数据的存储需求。Cassandra 尤其适合多地域部署和跨数据中心复制，保证数据的一致性和持久性。
3. 数据同步与一致性协议：使用一致性哈希算法来分布缓存数据，保证数据在集群中的均匀分布，减少数据迁移时的开销。同时，基于 Redis 的发布 - 订阅机制实现缓存数据的同步。当某个缓存节点的数据发生变化时，通过发布消息通知其他节点进行数据更新。

数据同步和一致性保障机制

1. 读写策略：
   • 读操作：客户端先从本地缓存读取会话数据。若缓存命中，直接返回数据；若未命中，从持久化存储读取，读取后更新本地缓存，并向其他地域的缓存节点发送更新消息（通过 Redis 的发布 - 订阅机制），以保证其他地域缓存数据的一致性。
   • 写操作：对会话数据的修改先在本地缓存进行，修改成功后更新持久化存储，并通过发布 - 订阅机制向其他地域的缓存节点广播更新消息，其他节点接收到消息后同步更新本地缓存。
2. 缓存失效策略：设置合理的缓存过期时间，对于长时间未活跃的会话数据，自动从缓存中移除。同时，当持久化存储中的数据发生变化（如会话被注销）时，及时通知缓存层删除相应数据，保证缓存与持久化存储的数据一致性。
3. 一致性检查与修复：定期对各个地域缓存数据进行一致性检查。可以通过比较各个缓存节点的数据版本号或哈希值等方式，发现不一致的数据后，以持久化存储的数据为准进行修复，确保数据的最终一致性。