作者 l 丁碼農(nóng)

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一、緩存一致性問(wèn)題

當(dāng)數(shù)據(jù)時(shí)效性要求很高時(shí)，需要保證緩存中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的保持一致，而且需要保證緩存節(jié)點(diǎn)和副本中的數(shù)據(jù)也保持一致，不能出現(xiàn)差異現(xiàn)象。

這就比較依賴(lài)緩存的過(guò)期和更新策略。一般會(huì)在數(shù)據(jù)發(fā)生更改的時(shí)，主動(dòng)更新緩存中的數(shù)據(jù)或者移除對(duì)應(yīng)的緩存。

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二、緩存并發(fā)問(wèn)題

緩存過(guò)期后將嘗試從后端數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)，這是一個(gè)看似合理的流程。但是，在高并發(fā)場(chǎng)景下，有可能多個(gè)請(qǐng)求并發(fā)的去從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)，對(duì)后端數(shù)據(jù)庫(kù)造成極大的沖擊，甚至導(dǎo)致 “雪崩”現(xiàn)象。

此外，當(dāng)某個(gè)緩存key在被更新時(shí)，同時(shí)也可能被大量請(qǐng)求在獲取，這也會(huì)導(dǎo)致一致性的問(wèn)題。那如何避免類(lèi)似問(wèn)題呢？

我們會(huì)想到類(lèi)似“鎖”的機(jī)制，在緩存更新或者過(guò)期的情況下，先嘗試獲取到鎖，當(dāng)更新或者從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取完成后再釋放鎖，其他的請(qǐng)求只需要犧牲一定的等待時(shí)間，即可直接從緩存中繼續(xù)獲取數(shù)據(jù)。

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三、緩存穿透問(wèn)題

緩存穿透在有些地方也稱(chēng)為“擊穿”。很多朋友對(duì)緩存穿透的理解是：由于緩存故障或者緩存過(guò)期導(dǎo)致大量請(qǐng)求穿透到后端數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，從而對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)造成巨大沖擊。

這其實(shí)是一種誤解。真正的緩存穿透應(yīng)該是這樣的：

在高并發(fā)場(chǎng)景下，如果某一個(gè)key被高并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)，沒(méi)有被命中，出于對(duì)容錯(cuò)性考慮，會(huì)嘗試去從后端數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取，從而導(dǎo)致了大量請(qǐng)求達(dá)到數(shù)據(jù)庫(kù)，而當(dāng)該key對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)本身就是空的情況下，這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)中并發(fā)的去執(zhí)行了很多不必要的查詢(xún)操作，從而導(dǎo)致巨大沖擊和壓力。

可以通過(guò)下面的幾種常用方式來(lái)避免緩存?zhèn)鹘y(tǒng)問(wèn)題：

1、緩存空對(duì)象

對(duì)查詢(xún)結(jié)果為空的對(duì)象也進(jìn)行緩存，如果是集合，可以緩存一個(gè)空的集合（非null），如果是緩存單個(gè)對(duì)象，可以通過(guò)字段標(biāo)識(shí)來(lái)區(qū)分。這樣避免請(qǐng)求穿透到后端數(shù)據(jù)庫(kù)。

同時(shí)，也需要保證緩存數(shù)據(jù)的時(shí)效性。這種方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)成本較低，比較適合命中不高，但可能被頻繁更新的數(shù)據(jù)。

2、單獨(dú)過(guò)濾處理

對(duì)所有可能對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)為空的key進(jìn)行統(tǒng)一的存放，并在請(qǐng)求前做攔截，這樣避免請(qǐng)求穿透到后端數(shù)據(jù)庫(kù)。這種方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)復(fù)雜，比較適合命中不高，但是更新不頻繁的數(shù)據(jù)。

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四、緩存顛簸問(wèn)題

緩存的顛簸問(wèn)題，有些地方可能被成為“緩存抖動(dòng)”，可以看做是一種比“雪崩”更輕微的故障，但是也會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)系統(tǒng)造成沖擊和性能影響。一般是由于緩存節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致。業(yè)內(nèi)推薦的做法是通過(guò)一致性Hash算法來(lái)解決。

五、緩存的雪崩現(xiàn)象

緩存雪崩就是指由于緩存的原因，導(dǎo)致大量請(qǐng)求到達(dá)后端數(shù)據(jù)庫(kù)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰，整個(gè)系統(tǒng)崩潰，發(fā)生災(zāi)難。

導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因有很多種，上面提到的“緩存并發(fā)”，“緩存穿透”，“緩存顛簸”等問(wèn)題，其實(shí)都可能會(huì)導(dǎo)致緩存雪崩現(xiàn)象發(fā)生。這些問(wèn)題也可能會(huì)被惡意攻擊者所利用。

還有一種情況，例如某個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)，系統(tǒng)預(yù)加載的緩存周期性集中失效了，也可能會(huì)導(dǎo)致雪崩。為了避免這種周期性失效，可以通過(guò)設(shè)置不同的過(guò)期時(shí)間，來(lái)錯(cuò)開(kāi)緩存過(guò)期，從而避免緩存集中失效。

從應(yīng)用架構(gòu)角度，我們可以通過(guò)限流、降級(jí)、熔斷等手段來(lái)降低影響，也可以通過(guò)多級(jí)緩存來(lái)避免這種災(zāi)難。

此外，從整個(gè)研發(fā)體系流程的角度，應(yīng)該加強(qiáng)壓力測(cè)試，盡量模擬真實(shí)場(chǎng)景，盡早的暴露問(wèn)題從而防范。

六、緩存無(wú)底洞現(xiàn)象

該問(wèn)題由 facebook 的工作人員提出的， facebook 在 2010 年左右，memcached 節(jié)點(diǎn)就已經(jīng)達(dá)3000 個(gè)，緩存數(shù)千 G 內(nèi)容。

他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題---memcached 連接頻率，效率下降了，于是加 memcached 節(jié)點(diǎn)，添加了后，發(fā)現(xiàn)因?yàn)檫B接頻率導(dǎo)致的問(wèn)題，仍然存在，并沒(méi)有好轉(zhuǎn)，稱(chēng)之為”無(wú)底洞現(xiàn)象”。?

目前主流的數(shù)據(jù)庫(kù)、緩存、Nosql、搜索中間件等技術(shù)棧中，都支持“分片”技術(shù)，來(lái)滿(mǎn)足“高性能、高并發(fā)、高可用、可擴(kuò)展”等要求。

有些是在client端通過(guò)Hash取模（或一致性Hash）將值映射到不同的實(shí)例上，有些是在client端通過(guò)范圍取值的方式映射的。當(dāng)然，也有些是在服務(wù)端進(jìn)行的。

但是，每一次操作都可能需要和不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)完成，實(shí)例節(jié)點(diǎn)越多，則開(kāi)銷(xiāo)會(huì)越大，對(duì)性能影響就越大。

主要可以從如下幾個(gè)方面避免和優(yōu)化：

1、數(shù)據(jù)分布方式

有些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可能適合Hash分布，而有些業(yè)務(wù)適合采用范圍分布，這樣能夠從一定程度避免網(wǎng)絡(luò)IO的開(kāi)銷(xiāo)。

2、IO優(yōu)化

可以充分利用連接池，NIO等技術(shù)來(lái)盡可能降低連接開(kāi)銷(xiāo)，增強(qiáng)并發(fā)連接能力。

3、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)方式

一次性獲取大的數(shù)據(jù)集，會(huì)比分多次去獲取小數(shù)據(jù)集的網(wǎng)絡(luò)IO開(kāi)銷(xiāo)更小。

當(dāng)然，緩存無(wú)底洞現(xiàn)象并不常見(jiàn)。在絕大多數(shù)的公司里可能根本不會(huì)遇到。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的高并发场景下的缓存有哪些常见的问题？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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