面试题：优化Redis GET选项实现复杂数据关联获取的性能

Question

在一个社交网络应用中，Redis存储了用户关系数据（例如键为followers:用户ID，值为关注者ID列表；键为following:用户ID，值为该用户关注的用户ID列表）以及用户基本信息（键为user:用户ID，值为用户基本信息JSON字符串）。现在需要实现一个功能，获取某个用户的所有二级关注者（即关注者所关注的人）的基本信息，并且要求尽量优化性能，减少Redis的操作次数。请详细阐述实现方案，包括如何合理使用GET选项、数据结构设计、可能涉及的缓存策略以及对Redis性能的评估和优化思路。

Answer 1

实现方案

1. 获取一级关注者列表：
   • 使用SMEMBERS followers:用户ID命令从Redis中获取该用户的所有关注者ID列表。这是因为Redis的集合（Set）数据结构适合存储不重复的元素，并且SMEMBERS操作可以高效地获取集合中的所有成员。
2. 获取二级关注者ID：
   • 对于第一步获取到的每个关注者ID，使用SMEMBERS following:关注者ID命令获取该关注者所关注的用户ID列表。这些用户ID就是二级关注者ID。为了减少Redis操作次数，可以批量处理这些命令。例如，使用MULTI和EXEC命令将多个SMEMBERS following:关注者ID命令组合成一个事务，这样可以在一次网络往返中执行多个命令。
3. 获取二级关注者基本信息：
   • 对于获取到的二级关注者ID列表，使用MGET user:二级关注者ID1 user:二级关注者ID2...命令批量从Redis中获取这些用户的基本信息JSON字符串。同样，MGET命令可以在一次Redis操作中获取多个键的值，减少网络开销。

数据结构设计

1. 关注者关系：目前使用的集合（Set）数据结构存储关注者和被关注者关系是合理的，因为它可以保证ID的唯一性，并且在添加、删除和查询成员时都有较好的性能。
2. 用户基本信息：使用字符串（String）数据结构存储用户基本信息的JSON字符串也是常见做法，它简单直观，适合存储结构化数据。

缓存策略

1. 二级关注者缓存：
   • 可以考虑在应用层缓存二级关注者的基本信息。例如，使用本地缓存（如Guava Cache），将获取到的二级关注者基本信息缓存起来。当下次再请求相同用户的二级关注者信息时，先从本地缓存中查找，如果命中则直接返回，避免再次访问Redis。
2. 缓存更新策略：
   • 当用户关系发生变化（如关注或取消关注）时，需要更新本地缓存。可以通过监听Redis的发布 - 订阅（Pub/Sub）机制，当用户关系相关的键发生变化时，收到通知并更新本地缓存。同时，为了防止缓存数据过期后出现的“缓存雪崩”问题，可以为缓存设置不同的过期时间，并且在缓存过期时采用“互斥锁”等方式来保证只有一个请求去查询Redis并更新缓存，避免大量请求同时查询Redis导致性能问题。

对Redis性能的评估和优化思路

1. 性能评估：
   • 命令执行时间：可以使用Redis自带的MONITOR命令监控命令的执行情况，查看获取关注者列表、获取二级关注者列表以及获取用户基本信息等命令的执行时间，分析哪些操作耗时较长。
   • 内存使用：使用INFO memory命令查看Redis的内存使用情况，确保存储用户关系和基本信息不会导致内存溢出。同时，合理设置Redis的内存淘汰策略（如volatile - lru等），在内存不足时淘汰不常用的数据。
2. 优化思路：
   • 批量操作：如前面提到的，尽量使用批量命令（如MULTI、MGET等）减少网络往返次数，提高Redis的操作效率。
   • 数据分片：如果数据量非常大，可以考虑对用户关系数据进行分片存储。例如，按照用户ID的哈希值将数据分布到多个Redis实例上，这样可以提高读写性能，避免单个Redis实例成为性能瓶颈。
   • 合理设置过期时间：对于一些不经常变化的用户基本信息，可以设置较长的过期时间，减少Redis的写操作压力。而对于用户关系数据，由于变化较为频繁，可以不设置过期时间，或者根据实际业务需求设置较短的过期时间。