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十分鐘徹底掌握緩存擊穿、緩存穿透、緩存雪崩
2022-07-06 13:02:00 【Java烟雨】
寫篇文章緩一下,分享一下老八股:緩存擊穿
、緩存穿透
、緩存雪崩
。
在了解這三大問題之前,我們要理解,常用的分布式緩存Redis單機並發量能達到萬級,常用的關系型數據庫MySQL一般並發量是千級,他們支持的並發量可能差十倍,所以要盡可能把流量攔截在緩存層。
為什麼呢?就像是大湖裏多排點水,就可能把小河道沖垮,不知道你聽過沒——長江之水天上來,白洋澱裏把不住。
本文目錄:
緩存擊穿
什麼是緩存擊穿
緩存擊穿如何解决
緩存穿透
什麼是緩存穿透
緩存穿透如何解决
緩存雪崩
什麼是緩存雪崩
緩存雪崩如何解决
正文:
什麼是緩存擊穿
先從緩存擊穿開始。
緩存擊穿: 一個並發訪問量比較大的key在某個時間過期,導致所有的請求直接打在DB上。
緩存擊穿
緩存擊穿會增大數據庫的負載,我們看看怎麼緩解。
緩存擊穿如何解决
加鎖更新
查詢緩存,發現緩存中不存在,加鎖,讓其它線程等待,只讓一個線程去更新緩存。
加鎖更新
异步更新
還有一個可行的方案是把緩存設置永不過期。那緩存怎麼更新呢?通過异步的方式去更新緩存。
比如後臺設置一個守護線程定時更新緩存,但這種定時比較難以把握。
异步更新機制實際上更適合用於緩存預熱。
緩存穿透
什麼是緩存穿透
緩存穿透:緩存穿透指的查詢緩存和數據庫中都不存在的數據,這樣每次請求直接打到數據庫,就好像緩存不存在一樣。
緩存穿透
緩存穿透將導致不存在的數據每次請求都要到存儲層去查詢,失去了緩存保護後端存儲的意義。
緩存穿透可能會使後端存儲負載加大,如果發現大量存儲層空命中,可能就是出現了緩存穿透問題。
緩存穿透可能有兩種原因:
自身業務代碼問題
惡意攻擊,爬蟲造成空命中
我們來看看如何解决。
緩存穿透如何解决
緩存空值/默認值
一種方式是在數據庫不命中之後,把一個空對象或者默認值保存到緩存,之後再訪問這個數據,就會從緩存中獲取,這樣就保護了數據庫。
緩存空值
緩存空值有兩大問題:
空值做了緩存,意味著緩存層中存了更多的鍵,需要更多的內存空間(如果是攻擊,問題更嚴重),比較有效的
方法是針對這類數據設置一個較短的過期時間,讓其自動剔除。
緩存層和存儲層的數據會有一段時間窗口的不一致,可能會對業務有一定影響。
例如過期時間設置為5分鐘,如果此時存儲層添加了這個數據,那此段時間就會出現緩存層和存儲層數據的不一致。
這時候可以利用消息隊列或者其它异步方式清理緩存中的空對象。
布隆過濾器
除了緩存空對象,我們還可以在存儲和緩存之前,加一個布隆過濾器,做一層過濾。
布隆過濾器裏會保存數據是否存在,如果判斷數據不不能再,就不會訪問存儲。
布隆過濾器過濾
那布隆過濾器是什麼玩意兒?查找它會不會很慢?
布隆過濾器是什麼?
不知道你對哈希錶了解多少,布隆過濾器是一個類似的東西。
它是一個連續的數據結構,每個存儲比特存儲都是一個bit
,即0
或者1
, 來標識數據是否存在。
存儲數據的時時候,使用K個不同的哈希函數將這個變量映射為bit列錶的的K個點,把它們置為1。
布隆過濾器結構
我們判斷緩存key是否存在,同樣,K個哈希函數,映射到bit列錶上的K個點,判斷是不是1:
如果全不是1,那麼key不存在;
如果都是1,也只是錶示key可能存在。
至於為什麼?因為哈希函數是存在碰撞的可能的。
關於緩存穿透的兩種主要解决方案,我們簡單對比一下:
緩存空對象核布隆過濾器方案對比
緩存雪崩
接下來我們看最嚴重的一種情况,緩存雪崩。
什麼是緩存雪崩
緩存雪崩: 當某⼀時刻發⽣⼤規模的緩存失效的情况,例如緩存服務宕機、大量key在同一時間過期,這樣的後果就是⼤量的請求進來直接打到DB上,可能導致整個系統的崩潰,稱為雪崩。
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