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51CTO 10-23

原来缓存也会雪崩、击穿、穿透啊

在互联网时代,大流量、海量数据、高并发是每个企业都渴望又害怕的名词,渴望是因为它们代表着提供的服务用户愿意买单、有价值 ; 害怕是因为一旦用户全上来了,系统不能正常为用户提供服务,让用户失望,最终选择离开。仅靠着超高配置的服务器资源,还是很难支撑高并发的场景。因此我们需要缓存。

作者:AI 课工场来源:今日头条|2020-10-23 10:46

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缓存在计算机的世界里无处不在,在 CPU 中有一级二级三级缓存,在 Linux 操作心态中有 TLB 加速虚拟地址和物理地址的转化,在应用服务中有 redis 数据库进行数据缓存,在浏览器或 app 中有本地缓存。可以说缓存是非常重要了,有了它,整个世界仿佛都变美好了,刷网页很快就有数据的返回,再也不用一直苦苦等待了。

通过一个简单的例子来看看缓存是什么 ? 我们知道数据都是存储在数据库里的,而数据库数据一般都存储在磁盘上。当用户请求从前端过来时,如果直接去访问获取磁盘的数据库数据,就会非常慢。如果有了缓存,在用户请求到达之后,业务线程就会先访问缓存,如果缓存命中就直接返回用户,如果没有命中,则继续请求磁盘数据库数据,获取后返回用户,同时将磁盘获取的数据结果回写到缓存系统,为下次请求做好准备。

可是这么强大的缓存系统,其实也存在很多问题呢,那便是缓存雪崩、缓存击穿、缓存穿透。不过也不要害怕,有问题就有解法,我们慢慢的往下看。

所谓缓存雪崩,指的是缓存数据同一时间大量失效,所有的请求全打到数据库,导致数据库在巨大压力下挂掉。比如在双十一的时候,用户都会打开淘宝买东西,有的人是真的有需要买的,有的人就是凑个热闹,不管怎么样,这时候首页的压力就非常大了,为了满足所有用户都可以访问到数据,阿里的程序员们将首页数据缓存到 redis 里,并设置 redis 失效时间是 12 小时。我们知道 redis 是内存数据库,那访问速度,杠杠的啊。数据缓存后用户们买的很开心,程序员们也很开心,系统都还好着呢… .. 慢慢的 12 个小时过去了,用户购物的热情不减啊,还是大量的用户请求在过来,然而首页 redis 缓存的数据全失效了,这时候 redis 里没有数据了,用户请求直接扑向数据库,数据库哪能扛得住啊,直接垮掉。

应对缓存雪崩,我们也有一些办法,比如随机设置 key 的失效时间,避免大量的 key 同时失效,比如不要设置过期时间或把过期时间设置得很长,再比如运行定时任务,随时监控缓存情况,在失效前刷新进新的缓存。

所谓缓存穿透,指的是缓存中没有缓存到该数据,从而导致请求直接到达数据库,数据库在巨大压力下挂掉。比如在双十一的时候,有黑客经过多次攻击测试发现混沌炸鸡 ( 假设商品 ID 为 -1 ) 这个商品在网站上没有,于是便写了一个脚本,大量的去请求这个商品,redis 缓存一看我只有炸鸡商品,不满足需求啊,于是就放到数据库那里了,所有的请求全放给数据库了,数据库说我也没有啊,但还是不断地被接受轮询,结果直接垮掉。

应对缓存穿透,我们也有一些办法,比如对于某些不存在的数据缓存在 redis 时设置为 null,比如对请求参数进行校验,不合法的直接拦截,比如增加安全防护,定期扫描,有发现不正常的数据直接将该请求的 IP 地址加入黑名单。

所谓缓存击穿,指的是缓存的热点数据突然失效导致大量的请求都去访问数据库,数据库扛不住压力,直接挂掉。比如双十一的时候,iPhone12 在凌晨 00:00-01:00 可 1 分钱抢购,哇,这个可是真便宜呢,程序员们也预测到了商品的火爆,于是将 iPhone12 的商品信息缓存到 redis 中,设置了 1 小时过期。iPhone12 是新推出的商品,引起了一亿人的关注,男女老少全都蜂拥而至,只为了抢购一个 iPhone,到了 59 分的时候,突然 iPhone12 在 redis 的数据过期了,这时候大量的请求都到了数据库,数据库直接垮掉了。

应对缓存击穿,我们也有一些办法,比如设置热点数据永不过期,比如给数据加锁,当有线程请求不到数据时,其它的用户线程也无法请求数据,直到第一个线程拿到数据后,去 redis 缓存起来,其它的线程仍然走缓存拿数据,比如服务降级,直接返回 " 商品太火爆了,系统暂时休息会儿 "。

通过本文的介绍,相信你对缓存、缓存雪崩、缓存击穿、缓存穿透也有了对应的了解了吧。当你所在的业务因为高并发、大数据量准备启用缓存策略时,对于缓存可能带来的雪崩、击穿、穿透问题要做好防护措施,这样大家都可以开开心心的玩耍了~

【责任编辑:未丽燕 TEL:(010)68476606】

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缓存雪崩击穿穿透

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