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Golang 实现 Redis 集群中的分布式一致性解决方案

在分布式系统中，缓存操作往往面临一致性问题。尤其是在 Redis 集群环境中，像 DEL、MSET 等命令涉及的 key 可能分布在多个节点上，如何保证一致性操作的原子性便成为一个关键问题。本文将介绍一种基于两阶段提交（2PC）协议的解决方案。

MSET 命令在集群模式下的问题

在 Redis 集群中，MSET 命令涉及的 key 可能分布在多个节点上。为了确保操作的原子性，最简单的方法是逐个节点执行操作。例如，MGET 命令的实现方式如下：

func MGet(cluster *Cluster, c redis.Connection, args [][]byte) redis.Reply {    ...    // 计算每个 key 所在的节点，并按照节点分组    groupMap := cluster.groupBy(keys)    for peer, group := range groupMap {        resp := cluster.Relay(peer, c, makeArgs("MGET", group...))        ...    }}

然而，这种方法存在一个问题：如果某个节点操作失败，整个操作会立即终止，导致部分 key 未能正确设置。这对使用者来说，难以处理。因此，我们需要一种方式来保证所有操作要么全部成功要么全部失败。

两阶段提交（2PC）方案

两阶段提交（2PC）是一种简单且直观的分布式一致性协议。该协议将写操作分为两个阶段：

事务描述结构

我们定义了一个事务描述结构 Transaction，用于存储事务的相关信息：

type Transaction struct {    id      string    // 事务 ID，由 snowflake 算法生成    args    [][]byte // 命令参数    cluster *Cluster    conn    redis.Connection    keys    []string      // 事务中涉及的 key    undoLog map[string][]byte // 每个 key 在事务执行前的值，用于回滚事务}

Prepare 阶段的实现

在 Prepare 阶段，参与者执行以下操作：

func PrepareMSet(cluster *Cluster, c redis.Connection, args [][]byte) redis.Reply {    ...    tx := NewTransaction(cluster, c, txId, txArgs, keys)    cluster.transactions.Put(txId, tx)    err := tx.prepare()    ...}

事务准备逻辑如下：

func (tx *Transaction) prepare() error {    // 锁定相关 key    tx.cluster.db.Locks(tx.keys...)    // 准备 undo log    tx.undoLog = make(map[string][]byte)    for _, key := range tx.keys {        entity, ok := tx.cluster.db.Get(key)        if ok {            blob, err := gob.Marshal(entity)            if err != nil {                return err            }            tx.undoLog[key] = blob        } else {            tx.undoLog[key] = []byte{}        }    }    tx.status = PreparedStatus    return nil}

Commit 阶段的实现

在 Commit 阶段，参与者执行以下操作：

func CommitMSet(cluster *Cluster, c redis.Connection, tx *Transaction) redis.Reply {    ...    for i, key := range keys {        value := values[i]        cluster.db.Put(key, &db.DataEntity{Data: value})    }    ...}

协调者的逻辑如下：

func RequestCommit(cluster *Cluster, c redis.Connection, txId int64, peers map[string][]string) ([]redis.Reply, reply.ErrorReply) {    ...    for peer := range peers {        if peer == cluster.self {            resp = Commit(cluster, c, makeArgs("commit", txIdStr))        } else {            resp = cluster.Relay(peer, c, makeArgs("commit", txIdStr))        }        ...    }    ...}

Rollback 的实现

在 Rollback 阶段，参与者执行以下操作：

func Rollback(cluster *Cluster, c redis.Connection, args [][]byte) redis.Reply {    ...    for key, blob := range tx.undoLog {        if len(blob) > 0 {            entity := &db.DataEntity{}            err := gob.UnMarshal(blob, entity)            ...        } else {            cluster.db.Remove(key)        }    }    ...}

协调者的逻辑如下：

func RequestRollback(cluster *Cluster, c redis.Connection, txId int64, peers map[string][]string) {    ...    for peer := range peers {        if peer == cluster.self {            Rollback(cluster, c, makeArgs("rollback", txIdStr))        } else {            cluster.Relay(peer, c, makeArgs("rollback", txIdStr))        }    }}

总结

两阶段提交（2PC）协议是一种简单有效的分布式一致性解决方案。它通过锁定资源和准备回滚日志，确保事务要么全部成功要么全部失败。在实际实现中，我们需要注意以下几点：

• 协调者不能崩溃，否则会导致事务流程中断。
• 协调者在第二阶段必须确保所有参与者都能接收到提交请求，否则可能导致部分节点未能提交。

通过上述方法，我们可以在分布式 Redis 集群中实现高可靠的 MSET 操作，确保缓存一致性。

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