面试题：Redis频道订阅退订自动化脚本实现 - 分布式与持久化

Question

在分布式系统环境下，多个节点可能同时执行Redis频道的订阅退订自动化脚本。如何保证这些操作的一致性和幂等性？此外，如果希望脚本能够记录订阅和退订的历史操作，以便后续审计和恢复，结合Redis的持久化机制，说明你会采用什么样的设计思路和技术方案？

Answer 1

保证操作一致性和幂等性的方案

1. 使用分布式锁：
   • 可以利用Redis的SETNX（SET if Not eXists）命令来实现分布式锁。在执行订阅或退订脚本前，每个节点尝试获取锁。例如，使用命令SET lock_key value NX EX expire_time，其中lock_key是锁的键，value是唯一标识该节点的值（如UUID），expire_time是锁的过期时间，防止死锁。只有获取到锁的节点才能执行脚本，执行完毕后释放锁（使用DEL lock_key）。
   • 优点是简单直接，利用Redis自身特性实现。缺点是存在锁过期导致的并发问题，需要合理设置过期时间。
2. 基于Redis的事务：
   • 将订阅或退订操作封装在Redis事务中。通过MULTI开启事务，将订阅或退订相关命令（如SUBSCRIBE、UNSUBSCRIBE）加入事务队列，最后使用EXEC执行事务。Redis事务能保证队列中的命令按顺序执行，不会被其他客户端打断，从而确保操作的一致性。
   • 优点是Redis原生支持，简单易用。缺点是不支持跨多个键的复杂事务，如果涉及多个频道的操作可能不太适用。
3. 幂等性设计：
   • 在脚本中，对于订阅操作，可以先检查是否已经订阅该频道。例如，使用PUBSUB NUMSUB命令获取当前节点对各频道的订阅数量，若已订阅则不再重复订阅。对于退订操作，同样先检查是否订阅，若未订阅则不执行退订操作。这样无论执行多少次脚本，结果都是一致的。

记录历史操作及结合持久化机制的设计思路和技术方案

1. 使用Redis的List数据结构记录操作：
   • 为每个节点或整个系统创建一个List来记录订阅和退订的历史操作。每次执行订阅或退订操作时，将操作信息（如操作类型：订阅/退订，频道名称，操作时间等）以JSON字符串或特定格式的字符串形式，使用RPUSH命令添加到List的尾部。例如，RPUSH history_list "subscribe,channel_name,2023 - 10 - 01 12:00:00"。
   • 优点是List结构适合按时间顺序记录操作，且Redis对List的操作性能较好。缺点是如果历史记录过多，读取和分析可能会比较耗时。
2. 结合Redis持久化机制：
   • RDB持久化：RDB会在指定的时间间隔内将内存中的数据集快照写入磁盘。对于记录操作的List，RDB可以保证在系统故障恢复时，能够恢复到最近一次快照时的历史记录状态。但由于RDB是定期快照，可能会丢失一些最新的操作记录。
   • AOF持久化：AOF是以日志的形式记录服务器所处理的每一个写操作。开启AOF后，每次向记录操作的List中添加新记录，都会立即记录到AOF文件中。这样在系统恢复时，可以通过重放AOF文件中的操作来恢复到故障前的完整历史记录状态。但AOF文件可能会不断增大，需要定期进行重写。
   • 综合考虑，可以同时开启RDB和AOF持久化。RDB用于快速恢复数据集，AOF用于保证历史操作记录的完整性。同时，定期对AOF文件进行重写，以减少文件大小，提高恢复效率。