一、场景

某企业是为城市高端用户提供高品质蔬菜生鲜服务的初创企业，创业初期为快速开展业务，该企业采用轻量型的开发架构（脚本语言 + 关系型数据库）研制了一套业务系统。业务开展后受到用户普遍欢迎，用户数和业务数量迅速增长，原有的数据库服务器已不能满足高度并发的业务要求。为此，该企业成立了专门的研发团队来解决该问题。

张工建议重新开发整个系统，采用新的服务器和数据架构，解决当前问题的同时为日后的扩展提供支持。但是，李工认为张工的方案开发周期过长，投入过大，当前应该在改动尽量小的前提下解决该问题。李工认为访问量很大的只是部分数据，建议采用缓存工具 MemCache 来减轻数据库服务器的压力，这样开发量小，开发周期短，比较适合初创公司，同时将来也可以通过集群进行扩展。然而，刘工又认为李工的方案中存在数据可靠性和一致性问题，在宕机时容易丢失交易数据，建议采用 Redis 来解决问题。经过充分讨论，该公司最终决定采用刘工的方案。

二、问题

2.1、问题1

在李工和刘工的方案中，均采用分布式数据库缓存技术来解决问题。请用100字以内的文字说明分布式数据库缓存的基本概念。

表中对 MemCache 和 Redis 两种工具的优缺点进行了比较，请补充完善表 4-1 中的空（1）~（6）。

2.2、问题2

刘工认为李工的方案存在数据可靠性和一致性的问题，请用100字以内的文字解释说明。

为避免数据可靠性和一致性的问题，刘工的方案采用 Redis 作为数据库缓存，请用200字以内的文字说明基本的 Redis 与原有关系数据库的数据同步方案。

2.3、问题3

请用300字以内的文字，说明 Redis 分布式存储的两种常见方案，并解释说明 Redis 集群切片的几种常见方式。

三、解析

3.1、问题1

3.1.1、什么是分布式缓存？

通俗解释：关系型数据库如MySQL，就像是超市的大仓库，容量大，账目准，但是进出货（读写）慢。当遇到流量高峰时，超级多用户同时来查询生鲜的价格，大仓库根本反应不过来，超市就瘫痪了。

如何解决？在大仓库前面加一个“前置展示柜”（内存缓存）。把大家查的最多的热门商品信息直接放在展示柜里，用户来了直接看展示柜，速度快。所谓的分布式，就是因为一个展示柜不够放，多放几个展示柜来共同分担查询压力，这就是（多台缓存服务器集群）。

3.1.2、MemCache vs Redis 怎么选？

① 数据类型：MemCache只能存简单的key-value；Redis支持List、Set、String、key-value、sorted等多种数据类型，因此可以直接在缓存里做排行榜或者去重等复杂操作。

② 持久化：MemCache数据全在内存里，宕机之后全部丢失；Redis可以把内存里的数据定期的保存快照或者操作日志持久化到磁盘里，重启之后可以恢复。

③ 分布式存储：MemCache本身是单机软件，如果要开启分布式存储借助客户端Hash。Redis自己有主从、哨兵、集群等分布式实现方案。

④ 多线程支持：MemCache支持多线程；Redis在5.0版本及之前是不支持的。

⑤ 内存管理：MemCache通过Slab Allocation机制，提前把内存分割成固定大小的块，放数据的时候会选择最合适的块塞进去，以此防止内存碎片化；Redis不会提前规划。

⑥ 事务支持：MemCache完全不支持事务；Redis提供了有限的支持比如MULTI、EXEC指令组合。

3.2、问题2

3.2.1、为什么 MemCache 存在数据可靠性问题？

通俗理解：MemCache本身是不支持数据持久化的。一旦系统重启，热点缓存数据就是丢失，瞬间所有的请求就会打到数据库里，造成数据库的奔溃。这就是缓存雪崩的问题。Redis可以持久化数据，系统重启也能恢复，所以数据更加可靠。

3.2.2、Redis 与数据库的“数据同步方案”

① 读数据：先查询缓存里的数据，有就查出来；如果缓存里没有就去查数据库，查出来之后，把数据写入到Redis里，方便下一次查询可以直接查出来。

② 写数据：要先写数据库，改完之后事务提交，然后清理缓存中的旧数据或者更新缓存中的旧数据。

3.3、问题3

3.3.1、Redis 分布式存储方案

① 主从模式：一台机器扛不住大量的读写，于是高一个主节点和几个从节点，只有主节点能写数据，从节点只能读数据，并且从节点的数据必须是从主节点同步过去。痛点是主节点挂了，系统就不能写数据了，必须手动升级一个从节点为主节点。

② 哨兵模式：为了解决主从模式的痛点，增加一些哨兵节点，哨兵节点负责监控主节点是否失效，如果主节点挂了，哨兵节点就从从节点里投票选举出一个新的主节点。虽然解决高可用的痛点，但还是有一个痛点，就是还是只有一个主节点能写，数据量大到主节点扛不住怎么办？

③ 集群模式：数据量太大时，需要把主节点切分fan成多个主节点，然后每个主节点带着自己管理的从节点来防灾。这样既能无限扩容，也可以高可用。

3.3.2、Redis 集群切片的三种方式

① 客户端实现分片：分区逻辑在客户端，采用一致性哈希来决定Redis节点。

② 中间件实现分片：在应用和Redis中间，用中间件实现服务到后台Redis节点的路由分派，如Twemproxy，Codis。

③ 客户端服务端协作实现分片：客户端采用一致性哈希，服务端提供错误节点的重定向服务。

四、答案

【问题1】 分布式数据库缓存指的是在高并发环境下，为了减轻数据库压力和提高系统响应时间，在数据库系统和应用系统之间增加的独立缓存系统。 （1）key/value, list, set, string, sorted 或 丰富/多种数据结构 （2）不支持 （3）客户端哈希分片/一致性哈希 （4）Redis5.0及以前版本不支持 （5）有，私有内存池 （6）不支持

【问题2】 （1）MemCache没有持久化功能，所以掉电数据会全部丢失，而且无法直接恢复，这存在可靠性问题。 （2）MemCache不支持事务，所以操作过程中可能产生数据的不一致性。 同步方案： 读取数据时，先读取Redis中的数据，如果Redis没有，则从原数据库中读取，并同步更新Redis中的数据。写回时，写入到原数据库中，并同步更新至Redis中。

【问题3】 Redis分布式存储的常见方案： 1、主从模式 (Master/Slave) 2、哨兵模式 (Sentinel) 3、集群模式 (Cluster) Redis集群切片的常见方式： 1、客户端分片，即在客户端就通过key的hash值对应到不同的服务器。 2、中间件实现分片。在应用软件和Redis中间，例如：Twemproxy、Codis等，由中间件实现服务到后台Redis节点的路由分派。 3、客户端服务端协作分片。Redis Cluster模式，客户端可采用一致性哈希，服务端提供错误节点的重定向服务slot上。不同的slot对应到不同服务器。