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Part 01
前言
在高并發(fā)的系統(tǒng)架構中，大量網(wǎng)絡請求的并發(fā)處理，導致數(shù)據(jù)庫的I/O消耗是非常巨大的，為了快速讀取數(shù)據(jù)，減少網(wǎng)絡請求時延，緩解數(shù)據(jù)庫的壓力，因此在軟件開發(fā)中引入了緩存技術。但是在緩存的使用過程中也會遇到一些特殊情況導致緩存失效，常見的緩存失效的情況有三種：緩存穿透、緩存擊穿、緩存雪崩。
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Part 02
緩存失效的三種情況
緩存（以Redis緩存為例）的引入可以減少請求數(shù)據(jù)庫的次數(shù)，提高查詢效率，從而提升系統(tǒng)性能。一般的流程是：應用發(fā)起請求后，先查詢緩存中是否存在所需數(shù)據(jù)，如果緩存中存在，直接返回數(shù)據(jù)，如果緩存中不存在所需數(shù)據(jù)，則需要去查詢數(shù)據(jù)庫，如果數(shù)據(jù)庫中存在所需數(shù)據(jù)，則一方面存入緩存，另一方面返回查詢結果，如果數(shù)據(jù)庫中不存在，則返回空或者錯誤。
圖1 緩存使用流程圖
- 緩存穿透
緩存穿透(Cache Penetration)是指查詢一個一定不存在的數(shù)據(jù)，即用戶訪問的數(shù)據(jù)既不在緩存當中，也不在數(shù)據(jù)庫中。由于緩存中查詢不到數(shù)據(jù)，請求會去查詢數(shù)據(jù)庫，然而數(shù)據(jù)庫中也不存在該數(shù)據(jù)，也不會寫入緩存，導致查詢該數(shù)據(jù)的時候，每次都要去數(shù)據(jù)庫中查詢，給數(shù)據(jù)庫到來壓力。
- 緩存雪崩
緩存雪崩(Cache Avalanche)是指大量的緩存數(shù)據(jù)在某一時刻超過了緩存的過期時間，同時失效，導致高并發(fā)的請求同時去訪問數(shù)據(jù)庫，造成數(shù)據(jù)庫壓力過大，導致系統(tǒng)崩潰。這是針對多個緩存數(shù)據(jù)而言的。
- 緩存擊穿
緩存擊穿(Cache Breakdown)是指緩存過期的一瞬間，有大量的請求去查詢同一個緩存數(shù)據(jù)，由于該數(shù)據(jù)在承載著大并發(fā)，當該數(shù)據(jù)失效的一瞬間，持續(xù)的大并發(fā)就會直接去請求數(shù)據(jù)庫，造成數(shù)據(jù)庫壓力倍增。這是針對一個緩存數(shù)據(jù)而言的。
Part 03
解決方案
針對緩存穿透的解決方案：
1.第一種方案是采用布隆過濾器進行數(shù)據(jù)攔截。這也是針對緩存擊穿采用的常用方案。在寫入數(shù)據(jù)時，使用布隆過濾器對數(shù)據(jù)的key進行標記，當帶有數(shù)據(jù)key的請求過來后，先用布隆過濾器驗證key是否存在，如果存在，再進入緩存或者數(shù)據(jù)庫中進行查詢。
2.第二種方案是緩存空值。當在數(shù)據(jù)庫中查詢不到數(shù)據(jù)時，將其緩存為空值或者默認值。此時需要注意，針對其的緩存過期時間不宜過長，一般設置為5分鐘內(nèi)，當數(shù)據(jù)庫被寫入或者更新該key的新數(shù)據(jù)時，緩存必須同時更新，保證數(shù)據(jù)的一致性。
針對緩存雪崩的解決方案：
1.一般是將key的過期時間后面增加一個隨機數(shù)，讓過期時間分散開，使key均勻失效，減少緩存時間過期的重復率。
2.利用加鎖或隊列的方式，保證緩存單線程寫，但是這種方案會影響并發(fā)量，多個請求過來時，只有一個在進行正常的操作，其他請求都會在等待的狀態(tài)，影響程序性能，不推薦使用。
3.使用緩存標記，這是比較好的解決辦法。判斷標記是否過期，過期則去數(shù)據(jù)庫中請求，而緩存數(shù)據(jù)的過期時間要設置的比緩存標記長些，如此一來，當一個請求去操作數(shù)據(jù)庫的時候，其他的請求拿到的是上一次的緩存數(shù)據(jù)。
針對緩存擊穿的解決方案：
1.使用互斥鎖，當緩存的key過期時，多個請求過來時只允許一個請求去查詢數(shù)據(jù)庫構建緩存，其他請求等待該請求執(zhí)行完畢之后，重新從緩存中獲取數(shù)據(jù)。
2.針對訪問量比較大的數(shù)據(jù)，即熱點數(shù)據(jù)，不設置緩存過期時間，后臺異步更新緩存，適用于不嚴格要求緩存一致性的場景。
網(wǎng)頁名稱：緩存失效了，怎么辦？
文章URL：http://m.fisionsoft.com.cn/article/dhsgiic.html
