面试题：缓存设计之高级难度：复杂业务下的缓存更新策略选择

Question

假设你正在开发一个电商系统，其中商品详情页面涉及商品基本信息、库存信息、促销信息等多种数据。不同数据的更新频率和一致性要求不同，在这种复杂业务场景下，你会如何选择和组合缓存更新策略，以保证系统性能和数据一致性？请详细阐述设计思路。

Answer 1

设计思路

1. 分析数据特性
   • 商品基本信息：更新频率相对较低，一致性要求较高。比如商品名称、描述等信息，一般不会频繁修改，但一旦修改需要及时让用户看到。
   • 库存信息：更新频率高，一致性要求极高。库存数量实时变化，必须准确反映当前可售数量，否则可能导致超卖等问题。
   • 促销信息：更新频率适中，一致性要求较高。促销活动有开始和结束时间，且可能会中途调整规则，需要及时展示给用户。
2. 选择缓存更新策略
   • 商品基本信息：
     • 采用写后失效策略：当商品基本信息更新时，在数据库更新成功后，立即失效相关的缓存数据。下次用户请求商品详情时，缓存中没有数据，会从数据库读取并重新填充缓存。这种策略实现简单，能保证数据最终一致性，对于更新频率不高的商品基本信息较为适用。例如，商品描述修改后，在数据库完成修改，同时删除缓存中该商品详情的基本信息部分缓存。
   • 库存信息：
     • 采用读写锁结合的策略：在读取库存信息时，加读锁，允许多个读操作并发进行，以提高系统性能。在更新库存时，加写锁，确保只有一个写操作能进行，保证数据一致性。同时，使用双缓存机制，一份缓存用于实时显示，另一份缓存用于后台异步更新。例如，当有库存扣减操作时，先在实时显示的缓存中扣减，同时将库存更新操作放入队列，后台异步更新数据库和另一份缓存，保证最终一致性。
     • 也可以采用写时更新策略：每次库存更新时，先更新数据库，再立即更新缓存。这种方式虽然能保证最高的一致性，但对系统性能有一定影响，因为每次写操作都要同时更新数据库和缓存。可以结合批量操作来减少这种影响，比如将多个库存更新操作批量处理，减少数据库和缓存的更新次数。
   • 促销信息：
     • 采用定时更新与事件驱动相结合的策略：定时任务定期检查促销信息是否有变化，比如每小时检查一次。同时，当促销活动有重要状态变更（如开始、结束、规则修改等）时，通过事件驱动机制立即更新缓存。例如，促销活动开始前几分钟，通过事件驱动提前更新缓存，保证活动开始时用户能看到正确的促销信息。在两次事件驱动之间，通过定时任务保证数据的一致性。
3. 缓存架构设计
   • 使用分布式缓存：如Redis，利用其高性能、分布式特性来存储商品详情的各类缓存数据。可以根据商品ID进行缓存分片，提高缓存的读写效率和扩展性。
   • 设置合理的缓存过期时间：对于商品基本信息，可以设置较长的过期时间，如一天。库存信息过期时间较短，如几分钟，结合双缓存机制保证实时性。促销信息根据活动周期设置过期时间，在活动临近开始或结束时适当缩短过期时间，增加更新频率。
4. 监控与补偿机制
   • 监控缓存状态：实时监控缓存的命中率、更新频率等指标，通过监控数据及时发现缓存异常，如缓存失效不及时导致数据不一致等问题。
   • 建立补偿机制：如果发现缓存数据与数据库不一致，通过后台任务进行数据修复。例如，定期对比数据库和缓存中的库存数据，不一致时从数据库同步数据到缓存。