Redis企业级解决方案

news2024/11/15 13:48:15

缓存预热

“ 宕机 ” 服务器启动后迅速宕机

问题排查

1. 请求数量较高

2. 主从之间数据吞吐量较大，数据同步操作频度较高 , 因为刚刚启动时，缓存中没有任何数据

解决方案

准备工作：

1. 日常例行统计数据访问记录，统计访问频度较高的热点数据

2. 将统计结果中的数据分类，根据级别， redis 优先加载级别较高的热点数据

实施：

1. 使用脚本程序固定触发数据预热过程

2. 如果条件允许，使用了 CDN （内容分发网络），效果会更好

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CDN 的全称是 Content Delivery Network ，即内容分发网络。其基本思路是尽可能避开互联网上

有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节，使内容传输得更快、更稳定。通过在网络各处

放置节点服务器所构成的在现有的互联网基础之上的一层智能虚拟网络， CDN 系统能够实时地根

据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的请求重

新导向离用户最近的服务节点上。其目的是使用户可就近取得所需内容，解决 Internet 网络拥挤

的状况，提高用户访问网站的响应速度

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总结

缓存预热就是系统启动前，提前将相关的缓存数据直接加载到缓存系统。避免在用户请求的时候，先查

询数据库，然后再将数据缓存的问题！用户直接查询事先被预热的缓存数据

缓存雪崩

缓存雪崩是指在同一时段大量的缓存 key 同时失效或者 Redis 服务宕机，导致大量请求到达数据库带来巨大压力。

解决方案：

给不同的 Key 的 TTL 添加随机值

利用 Redis 集群提高服务的可用性

给缓存业务添加降级限流策略

给业务添加多级缓存

缓存击穿

缓存击穿问题也叫热点 Key 问题，就是一个被高并发访问并且缓存重建业务较复杂的 key 突然失效了，无数的请求访问会在瞬间给数据库带来巨大的冲击。

常见的解决方案有两种：

互斥锁

逻辑过期

逻辑分析：假设线程 1 在查询缓存之后，本来应该去查询数据库，然后把这个数据重新加载到缓存的，此时只要线程1 走完这个逻辑，其他线程就都能从缓存中加载这些数据了，但是假设在线程 1 没有走完的时候，后续的线程2 ，线程 3 ，线程 4 同时过来访问当前这个方法，那么这些线程都不能从缓存中查询到数据，那么他们就会同一时刻来访问查询缓存，都没查到，接着同一时间去访问数据库，同时的去执行数据库代码，对数据库访问压力过大

解决方案一、使用锁来解决：因为锁能实现互斥性。假设线程过来，只能一个人一个人的来访问数据库，从而避免对于数据库访问压力过大，但这也会影响查询的性能，因为此时会让查询的性能从并行变成了串行，我们可以采用tryLock方法 + double check 来解决这样的问题。

假设现在线程 1 过来访问，他查询缓存没有命中，但是此时他获得到了锁的资源，那么线程 1 就会一个人去执行逻辑，假设现在线程2 过来，线程 2 在执行过程中，并没有获得到锁，那么线程 2 就可以进行到休眠，直到线程1 把锁释放后，线程 2 获得到锁，然后再来执行逻辑，此时就能够从缓存中拿到数据了。

解决方案二、逻辑过期方案

方案分析：我们之所以会出现这个缓存击穿问题，主要原因是在于我们对 key 设置了过期时间，假设我们不设置过期时间，其实就不会有缓存击穿的问题，但是不设置过期时间，这样数据不就一直占用我们内存了吗，我们可以采用逻辑过期方案。我们把过期时间设置在 redis 的 value 中，注意：这个过期时间并不会直接作用于 redis ，而是我们后续通过逻辑去处理。假设线程1 去查询缓存，然后从 value 中判断出来当前的数据已经过期了，此时线程 1 去获得互斥锁，那么其他线程会进行阻塞，获得了锁的线程他会开启一个线程去进行以前的重构数据的逻辑，直到新开的线程完成这个逻辑后，才释放锁，而线程1 直接进行返回，假设现在线程 3 过来访问，由于线程线程2 持有着锁，所以线程 3 无法获得锁，线程 3 也直接返回数据，只有等到新开的线程 2 把重建数据构建完后，其他线程才能走返回正确的数据。这种方案巧妙在于，异步的构建缓存，缺点在于在构建完缓存之前，返回的都是脏数据。

互斥锁方案： 由于保证了互斥性，所以数据一致，且实现简单，因为仅仅只需要加一把锁而已，也没其他的事情需要操心，所以没有额外的内存消耗，缺点在于有锁就有死锁问题的发生，且只能串行执行性能肯定受到影响

逻辑过期方案： 线程读取过程中不需要等待，性能好，有一个额外的线程持有锁去进行重构数据，但是在重构数据完成前，其他的线程只能返回之前的数据，且实现起来麻烦

缓存穿透

缓存穿透：缓存穿透是指客户端请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，这样缓存永远不会生效，这些请求都会打到数据库。

常见的解决方案有两种：

缓存空对象

优点：实现简单，维护方便

缺点：额外的内存消耗可能造成短期的不一致

布隆过滤

优点：内存占用较少，没有多余 key

缺点：实现复杂存在误判可能

缓存空对象思路分析： 当我们客户端访问不存在的数据时，先请求 redis ，但是此时 redis 中没有数据，此时会访问到数据库，但是数据库中也没有数据，这个数据穿透了缓存，直击数据库，我们都知道数据库能够承载的并发不如redis 这么高，如果大量的请求同时过来访问这种不存在的数据，这些请求就都会访问到数据库，简单的解决方案就是哪怕这个数据在数据库中也不存在，我们也把这个数据存入到redis中去，这样，下次用户过来访问这个不存在的数据，那么在redis 中也能找到这个数据就不会进入到缓存了

布隆过滤： 布隆过滤器其实采用的是哈希思想来解决这个问题，通过一个庞大的二进制数组，走哈希思想去判断当前这个要查询的这个数据是否存在，如果布隆过滤器判断存在，则放行，这个请求会去访问redis，哪怕此时 redis 中的数据过期了，但是数据库中一定存在这个数据，在数据库中查询出来这个数据后，再将其放入到redis 中，假设布隆过滤器判断这个数据不存在，则直接返回

这种方式优点在于节约内存空间，存在误判，误判原因在于：布隆过滤器走的是哈希思想，只要哈希思想，就可能存在哈希冲突