面试题：缓存设计之Redis模块化扩展与分布式系统融合

Redis模块设计

数据结构选择：
- 在Redis中，使用原子递增命令（如INCR）来生成唯一ID。可以创建一个专门的键，例如global_id_counter，每次调用INCR时，该键的值会原子性地递增1，以此作为全局唯一ID。
- 为了防止ID重复，使用Redis的单线程模型确保每次递增操作的原子性，避免多线程环境下可能出现的竞争条件。
自定义命令：
- 编写一个Redis模块，定义一个新的命令，比如GENERATE_GLOBAL_ID。这个命令内部调用INCR global_id_counter，并返回生成的ID。这样，分布式系统中的各个节点可以通过调用这个自定义命令来获取全局唯一ID。
- 模块代码示例（以C语言编写Redis模块为例，简化示意）：

#include "redismodule.h"

int GenerateGlobalIDCommand(RedisModuleCtx *ctx, RedisModuleString **argv, int argc) {
    RedisModule_AutoMemory(ctx);
    long long id;
    if (RedisModule_Call(ctx, "INCR", "s", "global_id_counter", &id) != REDISMODULE_OK) {
        return RedisModule_ReplyWithError(ctx, "INCR operation failed");
    }
    return RedisModule_ReplyWithLongLong(ctx, id);
}

int RedisModule_OnLoad(RedisModuleCtx *ctx, RedisModuleString **argv, int argc) {
    if (RedisModule_Init(ctx, "global_id_generator", 1, REDISMODULE_APIVER_1) == REDISMODULE_ERR) {
        return REDISMODULE_ERR;
    }
    if (RedisModule_CreateCommand(ctx, "GENERATE_GLOBAL_ID", GenerateGlobalIDCommand, "write", 0, 0, 0) == REDISMODULE_ERR) {
        return REDISMODULE_ERR;
    }
    return REDISMODULE_OK;
}

数据同步机制

主从复制：
- 采用Redis的主从复制机制，主节点负责处理GENERATE_GLOBAL_ID命令并递增global_id_counter。从节点会异步复制主节点的数据，包括global_id_counter的值。
- 主节点将写操作记录在AOF（Append - Only File）文件或RDB（Redis Database）快照中，从节点通过同步这些文件来保持数据一致性。
集群模式下的数据同步：
- 在Redis Cluster中，每个节点负责一部分哈希槽。对于global_id_counter，可以选择一个固定的节点（例如哈希槽计算结果固定的节点）来处理ID生成逻辑。
- 节点之间通过Gossip协议进行信息交换，确保集群状态的一致性，包括global_id_counter的最新值。

容错处理

主节点故障：
- 如果主节点发生故障，Redis Sentinel或Redis Cluster的故障转移机制会选举一个从节点成为新的主节点。
- 由于global_id_counter是基于原子递增的，即使在故障转移过程中，新主节点也能继续从原有的ID基础上递增，不会产生ID重复。
网络分区：
- 在网络分区的情况下，不同分区内的Redis节点可能会独立生成ID。当网络恢复后，需要一种合并机制。
- 可以在系统层面记录每个节点生成的ID范围，当网络恢复时，比较不同节点的ID范围，确保全局ID的唯一性。例如，通过记录每个节点生成的最大ID，在网络恢复后进行合并和调整。

与分布式系统其他组件的交互方式

通过API调用：
- 分布式系统中的其他组件（如微服务）通过Redis客户端库调用GENERATE_GLOBAL_ID命令获取唯一ID。例如，在Java中使用Jedis库：

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class IDGeneratorClient {
    public static void main(String[] args) {
        Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
        String id = jedis.executeCommand("GENERATE_GLOBAL_ID");
        System.out.println("Generated ID: " + id);
        jedis.close();
    }
}

消息队列集成：
- 可以将生成的ID发送到消息队列（如Kafka），其他组件从消息队列中获取ID进行后续处理。这样可以解耦ID生成和其他业务逻辑，提高系统的可扩展性和灵活性。
- 例如，在生成ID后，通过Redis的发布 - 订阅功能发布ID到特定频道，消息队列的消费者监听该频道并获取ID。

面试题：缓存设计之Redis模块化扩展与分布式系统融合

知识考点

面试题答案

Redis模块设计

数据同步机制

容错处理

与分布式系统其他组件的交互方式