前言

設(shè)計(jì)一個(gè)緩存系統(tǒng)，不得不要考慮的問題就是：緩存穿透、緩存擊穿與失效時(shí)的雪崩效應(yīng)。

緩存穿透

緩存穿透是指查詢一個(gè)一定不存在的數(shù)據(jù)，由于緩存是不命中時(shí)被動(dòng)寫的，并且出于容錯(cuò)考慮，如果從存儲(chǔ)層查不到數(shù)據(jù)則不寫入緩存，這將導(dǎo)致這個(gè)不存在的數(shù)據(jù)每次請(qǐng)求都要到存儲(chǔ)層去查詢，失去了緩存的意義。在流量大時(shí)，可能DB就掛掉了，要是有人利用不存在的key頻繁攻擊我們的應(yīng)用，這就是漏洞。

解決方案

有很多種方法可以有效地解決緩存穿透問題，最常見的則是采用布隆過濾器，將所有可能存在的數(shù)據(jù)哈希到一個(gè)足夠大的bitmap中，一個(gè)一定不存在的數(shù)據(jù)會(huì)被 這個(gè)bitmap攔截掉，從而避免了對(duì)底層存儲(chǔ)系統(tǒng)的查詢壓力。另外也有一個(gè)更為簡(jiǎn)單粗暴的方法(我們采用的就是這種)，如果一個(gè)查詢返回的數(shù)據(jù)為空(不管是數(shù) 據(jù)不存在，還是系統(tǒng)故障)，我們?nèi)匀话堰@個(gè)空結(jié)果進(jìn)行緩存，但它的過期時(shí)間會(huì)很短，最長(zhǎng)不超過五分鐘。

緩存雪崩

緩存雪崩是指在我們?cè)O(shè)置緩存時(shí)采用了相同的過期時(shí)間，導(dǎo)致緩存在某一時(shí)刻同時(shí)失效，請(qǐng)求全部轉(zhuǎn)發(fā)到DB，DB瞬時(shí)壓力過重雪崩。

解決方案

緩存失效時(shí)的雪崩效應(yīng)對(duì)底層系統(tǒng)的沖擊非常可怕。大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者考慮用加鎖或者隊(duì)列的方式保證緩存的單線 程(進(jìn)程)寫，從而避免失效時(shí)大量的并發(fā)請(qǐng)求落到底層存儲(chǔ)系統(tǒng)上。這里分享一個(gè)簡(jiǎn)單方案就時(shí)講緩存失效時(shí)間分散開，比如我們可以在原有的失效時(shí)間基礎(chǔ)上增加一個(gè)隨機(jī)值，比如1-5分鐘隨機(jī)，這樣每一個(gè)緩存的過期時(shí)間的重復(fù)率就會(huì)降低，就很難引發(fā)集體失效的事件。

緩存擊穿

對(duì)于一些設(shè)置了過期時(shí)間的key，如果這些key可能會(huì)在某些時(shí)間點(diǎn)被超高并發(fā)地訪問，是一種非常“熱點(diǎn)”的數(shù)據(jù)。這個(gè)時(shí)候，需要考慮一個(gè)問題：緩存被“擊穿”的問題，這個(gè)和緩存雪崩的區(qū)別在于這里針對(duì)某一key緩存，前者則是很多key。

緩存在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)過期的時(shí)候，恰好在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)這個(gè)Key有大量的并發(fā)請(qǐng)求過來，這些請(qǐng)求發(fā)現(xiàn)緩存過期一般都會(huì)從后端DB加載數(shù)據(jù)并回設(shè)到緩存，這個(gè)時(shí)候大并發(fā)的請(qǐng)求可能會(huì)瞬間把后端DB壓垮。

解決方案

我們的目標(biāo)是：盡量少的線程構(gòu)建緩存(甚至是一個(gè)) + 數(shù)據(jù)一致性 + 較少的潛在危險(xiǎn)，下面會(huì)介紹四種方法來解決這個(gè)問題：

1、使用互斥鎖(mutex key): 這種解決方案思路比較簡(jiǎn)單，就是只讓一個(gè)線程構(gòu)建緩存，其他線程等待構(gòu)建緩存的線程執(zhí)行完，重新從緩存獲取數(shù)據(jù)就可以了(如下圖)

如果是單機(jī)，可以用synchronized或者lock來處理，如果是分布式環(huán)境可以用分布式鎖就可以了(分布式鎖，可以用memcache的add, redis的setnx, zookeeper的添加節(jié)點(diǎn)操作)。

下面是Tim yang博客的代碼，是memcache的偽代碼實(shí)現(xiàn)

如果換成redis，就是：

2、"提前"使用互斥鎖(mutex key)：

在value內(nèi)部設(shè)置1個(gè)超時(shí)值(timeout1), timeout1比實(shí)際的memcache timeout(timeout2)小。當(dāng)從cache讀取到timeout1發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)過期時(shí)候，馬上延長(zhǎng)timeout1并重新設(shè)置到cache。然后再?gòu)臄?shù)據(jù)庫加載數(shù)據(jù)并設(shè)置到cache中。偽代碼如下：

3、“永遠(yuǎn)不過期”：

這里的“永遠(yuǎn)不過期”包含兩層意思：

1、從redis上看，確實(shí)沒有設(shè)置過期時(shí)間，這就保證了，不會(huì)出現(xiàn)熱點(diǎn)key過期問題，也就是“物理”不過期。

2、從功能上看，如果不過期，那不就成靜態(tài)的了嗎？所以我們把過期時(shí)間存在key對(duì)應(yīng)的value里，如果發(fā)現(xiàn)要過期了，通過一個(gè)后臺(tái)的異步線程進(jìn)行緩存的構(gòu)建，也就是“邏輯”過期

從實(shí)戰(zhàn)看，這種方法對(duì)于性能非常友好，唯一不足的就是構(gòu)建緩存時(shí)候，其余線程(非構(gòu)建緩存的線程)可能訪問的是老數(shù)據(jù)，但是對(duì)于一般的互聯(lián)網(wǎng)功能來說這個(gè)還是可以忍受。

4、資源保護(hù)：

之前在緩存雪崩那篇文章提到了netflix的hystrix，可以做資源的隔離保護(hù)主線程池，如果把這個(gè)應(yīng)用到緩存的構(gòu)建也未嘗不可。

5、四種方案對(duì)比：

作為一個(gè)并發(fā)量較大的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，我們的目標(biāo)有3個(gè):

1、加快用戶訪問速度，提高用戶體驗(yàn)。

2、降低后端負(fù)載，保證系統(tǒng)平穩(wěn)。

3、保證數(shù)據(jù)“盡可能”及時(shí)更新(要不要完全一致，取決于業(yè)務(wù)，而不是技術(shù)。)

所以第二節(jié)中提到的四種方法，可以做如下比較，還是那就話：沒有最好，只有最合適。

解決方案

一、簡(jiǎn)單分布式鎖(Tim yang)

優(yōu)點(diǎn)

1、思路簡(jiǎn)單

2、保證一致性

缺點(diǎn)

1、代碼復(fù)雜度增大

2、存在死鎖的風(fēng)險(xiǎn)

3、存在線程池阻塞的風(fēng)險(xiǎn)

二、加另外一個(gè)過期時(shí)間(Tim yang)

優(yōu)點(diǎn)

1、保證一致性

缺點(diǎn)

1、代碼復(fù)雜度增大

2、存在死鎖的風(fēng)險(xiǎn)

3、存在線程池阻塞的風(fēng)險(xiǎn)

三、不過期(本文)

優(yōu)點(diǎn)

1、異步構(gòu)建緩存，不會(huì)阻塞線程池

缺點(diǎn)

1、不保證一致性。

2、代碼復(fù)雜度增大(每個(gè)value都要維護(hù)一個(gè)timekey)。

3、占用一定的內(nèi)存空間(每個(gè)value都要維護(hù)一個(gè)timekey)。

四、不過期(本文)

優(yōu)點(diǎn)

1、hystrix技術(shù)成熟，有效保證后端。

2、hystrix監(jiān)控強(qiáng)大。

缺點(diǎn)

1、部分訪問存在降級(jí)策略。

總結(jié)

熱點(diǎn)key + 過期時(shí)間 + 復(fù)雜的構(gòu)建緩存過程 => mutex key問題

構(gòu)建緩存一個(gè)線程做就可以了。

四種解決方案：沒有最佳只有最合適。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的beyond compare4过期解决方法_面试必备：缓存穿透、雪崩解决方案及缓存击穿的四种解决方案...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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