面试题：Redis中如何利用LIMIT选项实现简单的结果集分页并进行初步优化

Question

假设你有一个Redis的有序集合，里面存储了用户的成绩信息，元素是用户ID，分数是对应的成绩。现在需要对这些用户按成绩进行分页展示，每页显示10条。请描述如何使用Redis的LIMIT选项（若有类似功能，如ZRANGE的相关参数）实现，并简单阐述在高并发场景下可能出现的问题及初步优化思路。

Answer 1

使用Redis实现分页展示

在Redis的有序集合中，可以使用ZRANGE命令来实现按成绩分页展示用户信息。ZRANGE命令可以返回有序集合中指定区间内的成员，语法如下：

ZRANGE key start stop [WITHSCORES]

key 是有序集合的键名，start 和 stop 是索引值，用于指定返回的区间。索引值从0开始，其中 -1 表示最后一个元素，-2 表示倒数第二个元素，以此类推。如果加上 WITHSCORES 选项，则返回的结果中会包含成员的分数。

假设有序集合的键名为 user_scores，要实现每页显示10条数据，第 n 页的查询命令如下：

ZRANGE user_scores (n - 1) * 10 n * 10 - 1 WITHSCORES

这里 (n - 1) * 10 是起始索引，n * 10 - 1 是结束索引，通过这种方式可以获取到第 n 页的10条用户成绩信息。

高并发场景下可能出现的问题及优化思路

1. 缓存击穿：在高并发情况下，可能会有大量请求同时查询某一页数据，当这一页数据在缓存中失效时，所有请求都会直接访问数据库，给数据库带来巨大压力。
   • 优化思路：
     • 使用互斥锁：在缓存失效时，只允许一个请求去查询数据库并更新缓存，其他请求等待。可以使用Redis的 SETNX 命令来实现互斥锁。
     • 热点数据永不过期：对于经常访问的热点页面数据，设置一个超长的过期时间，或者不设置过期时间，定期在后台更新数据。
2. 缓存雪崩：如果大量数据在同一时间过期，可能会导致大量请求直接访问数据库，造成数据库压力过大甚至崩溃。
   • 优化思路：
     • 分散过期时间：避免设置相同的过期时间，在原过期时间基础上加上一个随机值，让数据的过期时间分散开来。
     • 二级缓存：使用两级缓存，如一级缓存为Redis，二级缓存为本地缓存（如Guava Cache）。当一级缓存失效时，先从二级缓存获取数据，减轻数据库压力。
3. 缓存穿透：如果有大量请求查询不存在的数据，这些请求都会绕过缓存直接访问数据库，可能导致数据库压力过大。
   • 优化思路：
     • 布隆过滤器：在查询数据前，先通过布隆过滤器判断数据是否存在。如果布隆过滤器判断数据不存在，则直接返回，不会查询数据库。
     • 缓存空值：当查询到数据不存在时，也将空值缓存起来，并设置一个较短的过期时间，避免后续重复查询数据库。