面试题：缓存设计之中等难度：缓存与消息中间件在高并发场景下的协同

Question

在一个高并发的电商秒杀场景中，用户抢购商品时，如何设计缓存系统与消息中间件协同工作，以确保库存的准确扣减、防止超卖，并且尽可能提升系统的响应速度？请阐述设计思路及关键步骤。

Answer 1

设计思路

1. 缓存系统：
   • 作用：用于快速响应用户请求，减轻数据库压力。在秒杀开始前，将商品库存数据加载到缓存中，如使用Redis。用户请求到达时，先从缓存中获取库存信息并判断是否可购买。
   • 选择原因：Redis具有高并发读写性能，支持原子操作，适合处理库存扣减这类对数据一致性和并发性能要求高的场景。
2. 消息中间件：
   • 作用：用于异步处理实际的库存扣减操作，确保最终一致性。当缓存中库存扣减成功后，发送消息到消息中间件，由消费者从消息中间件获取消息，进行数据库层面的库存扣减。
   • 选择原因：消息中间件（如Kafka、RabbitMQ等）可以削峰填谷，将高并发的库存扣减请求转化为顺序消费，避免数据库瞬间高负载，同时保证消息的可靠传递。

关键步骤

1. 初始化阶段：
   • 缓存预热：在秒杀活动开始前，将商品库存信息加载到Redis缓存中，设置合适的过期时间。例如，使用Redis的SET命令设置库存数量，如SET product:1:stock 100（假设商品ID为1，初始库存100）。
   • 消息中间件初始化：创建库存扣减相关的队列或主题，配置消息生产者和消费者。例如，在RabbitMQ中创建一个名为product_stock_deduction的队列。
2. 用户抢购阶段：
   • 缓存扣减：用户发起抢购请求，系统先从Redis中获取库存信息，使用GET product:1:stock获取库存数量。然后通过Redis的原子操作（如DECR product:1:stock）进行库存扣减。如果扣减后库存数量大于等于0，表明抢购成功，继续后续流程；否则，返回库存不足的提示。
   • 消息发送：抢购成功后，将库存扣减的消息发送到消息中间件。消息内容可包含商品ID、用户ID等关键信息，如{"product_id": 1, "user_id": 1001}。
3. 库存持久化阶段：
   • 消息消费：消息中间件的消费者从队列或主题中获取库存扣减消息，根据消息内容进行数据库层面的库存扣减操作。例如，在MySQL数据库中执行UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE product_id = 1 AND stock > 0语句，同时可添加事务保证数据一致性。
   • 异常处理：如果在数据库库存扣减过程中出现异常，如数据库连接失败等，可将消息重新放回消息中间件，进行重试，确保库存扣减操作最终成功，防止超卖。同时，在缓存中记录重试标识，避免重复发送相同消息导致多次扣减库存。