缓存

缓存（Cache）就是数据交换的缓冲区，是用来临时存储数据的地方。它可以提高数据访问的速度，减少对数据库的访问次数，从而提升系统的性能。

• 缓存的优点：
  • 降低后端负载。
  • 提高读写效率。
• 缓存的缺点：
  • 数据一致性问题：缓存中的数据可能与数据库中的数据不一致。
  • 代码复杂度增加。
  • 运维复杂度增加。

缓存更新策略

缓存更新策略是为了解决数据一致性问题而设计的。常见的缓存更新策略有：

	内存淘汰	超时剔除	主动更新
说明	Redis自带的内存淘汰机制，当内存不足时，Redis会根据一定的策略淘汰一些数据。下次查询时才更新缓存。	给缓存设置一个过期时间，当缓存过期后，下一次查询时才更新缓存。	当修改数据库时，主动更新缓存。
一致性	差	一般	好
维护成本	无	低	高

根据实际的业务场景分为：

• 低一致性需求：使用内存淘汰机制或超时剔除策略。
• 高一致性需求：使用主动更新策略，并使用超时剔除策略兜底。

主动更新策略

主动更新策略又分不同的模式，这里使用缓存调用者来更新缓存的模式。

• 读操作：
  • 先查询缓存，如果缓存命中，直接返回数据。
  • 缓存未命中，查询数据库，并写入缓存，设置过期时间，然后返回数据。
• 写操作：
  • 先写数据库，然后更新缓存。

缓存穿透

缓存穿透是指查询一个不存在的数据，导致每次查询都直接访问数据库，从而造成数据库压力过大，甚至崩溃。

解决缓存穿透的方法

• 缓存空对象：当查询数据库后发现数据不存在时，可以在缓存中存储一个空对象，并设置一个较短的过期时间。这样下次查询同样的数据时，就会命中缓存，避免访问数据库。
  • 优点：简单易实现。
  • 缺点：可能会占用一定的缓存空间。
• 使用布隆过滤器：在查询数据库之前，先使用布隆过滤器判断数据是否存在，如果不存在，直接返回，不访问数据库。
  • 优点：节省缓存空间。
  • 缺点：布隆过滤器有一定的误判率，可能会误判存在的数据为不存在。
    

图：缓存穿透的两种解决方法

缓存雪崩

缓存雪崩是指在某个时间点，大量的缓存同时失效或Redis宕机，导致大量的请求直接访问数据库，从而造成数据库压力过大，甚至崩溃。

图：缓存雪崩的两种情况

解决缓存雪崩的方法

• 设置不同的过期时间：为不同的缓存设置不同的过期时间，避免大量缓存同时失效。
• 利用Redis集群：使用Redis集群来分散缓存压力，避免单点故障。
• 给缓存业务添加降级限流策略：当缓存失效时，给业务添加降级限流策略，避免大量请求直接访问数据库。
• 给业务添加多级缓存。

缓存击穿(热点key问题)

缓存击穿也被称作热点key问题，是指高并发访问并且缓存重建业务复杂的key失效，导致大量请求直接访问数据库，从而造成数据库压力过大，甚至崩溃。

图：缓存击穿的示例

解决缓存击穿的方法

• 互斥锁：当缓存未命中，查询数据库前，先获取一个互斥锁，只有获取到锁的请求才去访问数据库并更新缓存，其他请求等待锁释放后再查询缓存。
• 逻辑过期：在缓存中存储一个过期时间。当查询缓存时，如果发现数据过期了，但不立即删除缓存，先获取一个互斥锁，再异步更新缓存，同时继续返回旧数据。这样可以避免大量请求同时访问数据库。
  

图：缓存击穿的示例

图：缓存击穿的解决方法的优缺点