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  • 16、缓存雪崩、缓存穿透、缓存预热、缓存更新、缓存击穿、缓存降级全 搞定!

    缓存雪崩

    缓存雪崩指的是缓存同一时间大面积的失效,所以,后面的请求都会落到数据库上,造成数据库短时间 内承受大量请求而崩掉。

    解决办法

    事前:尽量保证整个 Redis 集群的高可用性,发现机器宕机尽快补上,选择合适的内存淘汰策略。

    事中:本地ehcache缓存 + hystrix限流&降级,避免MySQL崩掉, 通过加锁或者队列来控制读数据库 写缓存的线程数量。比如对某个key只允许一个线程查询数据和写缓存,其他线程等待。

    事后:利用 Redis 持久化机制保存的数据尽快恢复缓存

    缓存穿透

    一般是黑客故意去请求缓存中不存在的数据,导致所有的请求都落到数据库上,造成数据库短时间内承 受大量 请求而崩掉。

    解决办法

    1、布隆过滤器

    这是最常见的一种解决方法了,它是将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中,一个一定不 存在的数据会被 这个bitmap拦截掉,从而避免了对底层存储系统的查询压 力。

    对所有可能查询的参数以hash形式存储,在控制层先进行校验,不符合则丢弃,从而避免了对底层存储 系统的查询压力;

    这里稍微科普一下布隆过滤器。

    布隆过滤器是引入了k(k>1)k(k>1)个相互独立的哈希函数,保证在给定的空间、误判率下,完成元 素判重的过程。 它的优点是空间效率和查询时间都远远超过一般的算法,缺点是有一定的误识别率和删除困难。

    该算法的核心思想就是利用多个不同的Hash函数来解决“冲突”。Hash存在一个冲突(碰撞)的问 题,用同一个Hash得到的两个URL的值有可能相同。为了减少冲突,我们可以多引入几个Hash,如 果通过其中的一个Hash值我们得出某元素不在集合中,那么该元素肯定不在集合中。只有在所有的 Hash函数告诉我们该元素在集合中时,才能确定该元素存在于集合中。这便是布隆过滤器的基本思 想,一般用于在大数据量的集合中判定某元素是否存在。

    2、缓存空对象

    当存储层不命中后,即使返回的空对象也将其缓存起来,同时会设置一个过期时间,之后再访问这个数 据将会从缓存中获取,保护了后端数据源;如果一个查询返回的数据为空(不管是数据不存 在,还是系 统故障),我们仍然把这个空结果进行缓存,但它的过期时间会很短,最长不超过五分钟。

    但是这种方法会存在两个问题:

    1、如果空值能够被缓存起来,这就意味着缓存需要更多的空间存储更多的键,因为这当中可能会有很 多的空值的键;

    2、即使对空值设置了过期时间,还是会存在缓存层和存储层的数据会有一段时间窗口的不一致,这对 于需要保持一致性的业务会有影响。

    我们可以从适用场景和维护成本两方面对这两汇总方法进行一个简单比较:

    适用场景:缓存空对象适用于1、数据命中不高 2、数据频繁变化且实时性较高 ;而布隆过滤器适用1、 数据命中不高 2、数据相对固定即实时性较低

    维护成本:缓存空对象的方法适合1、代码维护简单 2、需要较多的缓存空间 3、数据会出现不一致的现 象;布隆过滤器适合 1、代码维护较复杂 2、缓存空间要少一些

    缓存预热

    缓存预热是指系统上线后,将相关的缓存数据直接加载到缓存系统。这样就可以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。用户会直接查询事先被预热的缓存数据!

    解决思路

    1、直接写个缓存刷新页面,上线时手工操作下;

    2、数据量不大,可以在项目启动的时候自动进行加载;

    3、定时刷新缓存;

    缓存更新

    除了缓存服务器自带的缓存失效策略之外(Redis默认的有6中策略可供选择),我们还可以根据具体的 业务需求进行自定义的缓存淘汰,常见的策略有两种:

    (1)定时去清理过期的缓存;定时删除和惰性删除

    (2)当有用户请求过来时,再判断这个请求所用到的缓存是否过期,过期的话就去底层系统得到新数 据并更新缓存。

    两者各有优劣,第一种的缺点是维护大量缓存的key是比较麻烦的,第二种的缺点就是每次用户请求过 来都要判断缓存失效,逻辑相对比较复杂!具体用哪种方案,大家可以根据自己的应用场景来权衡。

    缓存击穿

    缓存击穿,是指一个key非常热点,在不停的扛着大并发,大并发集中对这一个点进行访问,当这个key 在失效的瞬间,持续的大并发就穿破缓存,直接请求数据库,就像在一个屏障上凿开了一个洞。 比如常见的电商项目中,某些货物成为“爆款”了,可以对一些主打商品的缓存直接设置为永不过期。即 便某些商品自己发酵成了爆款,也是直接设为永不过期就好了。mutex key互斥锁基本上是用不上的,有 个词叫做大道至简。

    缓存降级

    当访问量剧增、服务出现问题(如响应时间慢或不响应)或非核心服务影响到核心流程的性能时,仍然 需要保证服务还是可用的,即使是有损服务。系统可以根据一些关键数据进行自动降级,也可以配置开 关实现人工降级。

    降级的最终目的是保证核心服务可用,即使是有损的。而且有些服务是无法降级的(如加入购物车、结 算)。

    以参考日志级别设置预案:

    (1)一般:比如有些服务偶尔因为网络抖动或者服务正在上线而超时,可以自动降级;

    (2)警告:有些服务在一段时间内成功率有波动(如在95~100%之间),可以自动降级或人工降级,并发送告警;

    (3)错误:比如可用率低于90%,或者数据库连接池被打爆了,或者访问量突然猛增到系统能承受的 最大阀值,此时可以根据情况自动降级或者人工降级;

    (4)严重错误:比如因为特殊原因数据错误了,此时需要紧急人工降级。

    服务降级的目的,是为了防止Redis服务故障,导致数据库跟着一起发生雪崩问题。因此,对于不重要的 缓存数据,可以采取服务降级策略,例如一个比较常见的做法就是,Redis出现问题,不去数据库查询, 而是直接返回默认值给用户。

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