Redis 缓存详解

1、缓存

1、1 缓存介绍

缓存(Cache),就是数据交换的缓冲区,俗称的缓存就是缓冲区内的数据。

1、2 缓存优劣

• 优势：
  • 降低后端的负载
  • 提高读写效率，降低响应时间
• 劣势
  • 数据一致性成本
  • 代码维护成本
  • 运维成本

1、3 如何使用

• 浏览器缓存

• 应用层缓存

• 数据库缓存

• CPU缓存

1、4 缓存更新策略

有更新的策略主要是为了节约Redis的内存空间，避免因为缓存数据过多

**内存淘汰：**redis自动进行，当redis内存达到咱们设定的max-memery的时候，会自动触发淘汰机制，淘汰掉一些不重要的数据(可以自己设置策略方式)

**超时剔除：**当我们给redis设置了过期时间ttl之后，redis会将超时的数据进行删除，方便咱们继续使用缓存

**主动更新：**我们可以手动调用方法把缓存删掉，通常用于解决缓存和数据库不一致问题（更新数据库的时候，跟新缓存/删除缓存）

1、5 缓存不一致

由于我们的缓存的数据源来自于数据库,而数据库的数据是会发生变化的,因此,如果当数据库中数据发生变化,而缓存却没有同步,此时就会有一致性问题存在,其后果是:

用户使用缓存中的过时数据,就会产生类似多线程数据安全问题,从而影响业务,产品口碑等;怎么解决呢？有如下几种方案

Cache Aside Pattern 人工编码方式：缓存调用者在更新完数据库后再去更新缓存，也称之为双写方案（推荐）

Read/Write Through Pattern : 由系统本身完成，数据库与缓存的问题交由系统本身去处理

Write Behind Caching Pattern ：调用者只操作缓存，其他线程去异步处理数据库，实现最终一致

2、缓存穿透

缓存穿透：客户端请求的苏剧在缓存中和数据库都都不存在，这样缓存永远不会生效，这些请求都将达到数据库。

解决方案：

• 缓存空对象
  • 优势：简单，易维护
  • 劣势：内存消耗，一致性问题
• 布隆过滤
  • 优势：内存占用少，没有多余的key
  • 劣势：存在误判，实现复杂
• 增强id的复杂度，避免被猜测id规律
• 增强用户权限校验
• 做好热点参数限流

**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

3、缓存雪崩

缓存雪崩是指同一段时间大量的缓存key同时失效或着Redis服务宕机，导致大量的请求达到数据库，带来巨大的压力

解决方案：

• 缓存设置不同的过期时间
• 利用Redis集群提高服务的可靠性
• 添加降级限流策略
• 给业务添加多级缓存

4、缓存击穿

缓存击穿又叫缓存热点key问题，一个被高并发访问并且缓存业务重建比较复杂的key突然失效，无数请求访问会在瞬间给数据库带来巨大的冲击

解决方案：

• 互斥锁
  • 优点：
    • 没有内存消耗
    • 一致性保证
    • 实现简单，只有一把锁
  • 缺点：
    • 死锁
    • 性能低
• 超时过期
  • 优点：
    • 性能好
  • 缺点：
    • 实现复杂
    • 不保证一致性
    • 额外的内存消耗，除了数据还有过期时间字段

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。

**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