面试题：如何设计一个基于Redis链表的集群故障恢复机制

Question

假设Redis集群中的某个节点出现故障，而该节点存储了大量基于链表结构的数据。请设计一套完整的故障恢复机制，保证基于Redis链表的数据完整性和一致性，描述设计思路、涉及的数据结构调整及恢复流程等。

Answer 1

设计思路

1. 故障检测：利用Redis集群的心跳机制或者外部监控工具，及时发现节点故障。
2. 数据备份：在正常运行时，通过AOF（Append - Only File）或RDB（Redis Database）持久化机制对链表数据进行备份。对于AOF，每一个修改链表的操作都会追加到AOF文件中；RDB则是定期对数据进行快照。
3. 节点替换：从集群的其他节点中选举出一个新节点来替代故障节点。
4. 数据恢复：利用备份的数据在新节点上重建链表数据。

涉及的数据结构调整

1. 故障节点：故障节点的数据结构不再维护。在故障发生后，其内存中的链表数据将无法直接访问。
2. 新节点：新节点需要重新构建链表结构。根据持久化文件（AOF或RDB）中的数据，逐步还原链表。如果是AOF，按照记录的操作顺序，依次在新节点上创建链表节点、修改链表结构；如果是RDB，直接根据快照数据一次性构建链表。

恢复流程

1. 故障发现：
   • 集群内部通过心跳机制，节点之间互相发送PING消息，若在一定时间内没有收到故障节点的PONG响应，则标记该节点疑似下线（PFAIL）。
   • 当半数以上持有槽的主节点都标记某节点为PFAIL时，该节点被标记为FAIL，即确定下线。
2. 新节点选举：
   • 集群中的节点使用Gossip协议互相交换信息，确定需要替换故障节点的新节点。
   • 通常选择负载较低、网络状况较好的从节点晋升为主节点。
3. 数据恢复：
   • 基于AOF恢复：
     • 新节点加载AOF文件，从文件头部开始读取操作记录。
     • 对于每一个链表相关的操作记录（如LPUSH、RPOP等），按照操作顺序在新节点的内存中重建链表。
   • 基于RDB恢复：
     • 新节点加载RDB文件，解析文件中的数据结构。
     • 根据RDB文件中记录的链表数据，一次性在新节点内存中构建完整的链表结构。
4. 数据校验与同步：
   • 恢复完成后，新节点与其他节点进行数据同步，确保数据一致性。
   • 可以通过增量同步的方式，对比其他节点与新节点的数据差异，只同步差异部分，减少网络开销和同步时间。