Redis - 缓存

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[1. 什么是缓存?](#1. 什么是缓存?)

[2. 使用Redis作为缓存](#2. 使用Redis作为缓存)

[2.1 关系型数据库的缺点](#2.1 关系型数据库的缺点)

[3. 缓存的更新策略](#3. 缓存的更新策略)

[3.1 定期生成](#3.1 定期生成)

[3.2 实时生成](#3.2 实时生成)

缓存淘汰策略

[4. 缓存预热, 缓存穿透, 缓存雪崩 和 缓存击穿](#4. 缓存预热, 缓存穿透, 缓存雪崩 和 缓存击穿)

缓存预热

缓存穿透

缓存雪崩

缓存击穿

总结


1. 什么是缓存?

缓存 (cache) 是计算机中的一个经典的概念. 在很多场景中都会涉及到. 核心思路就是把一些常用的数据放到触手可及(访问速度更快)的地方, 方便随时读取。

对于计算机硬件来说,往往访问速度越快的设备,成本越高,存储空间越小。

缓存是很快,但是空间上往往不足以存储所有数据, 因此大部分时候, 缓存只存放一些热点数据。

二八定律

20%的热点数据,能够应对80%的访问场景。

因此只需要把这少量的热点数据缓存起来,就可以应对大多数场景,从而在整体上有明显的性能提升。

2. 使用Redis作为缓存

2.1 关系型数据库的缺点

在一个网站中,我们常常会使用Mysql这类关系型数据库来存储数据。关系型数据库虽然功能强大,但是有一个非常严重的缺点: 性能不高

  • 数据库把数据存储在硬盘上, 硬盘的 IO 速度并不快. 尤其是随机访问.
  • 如果查询不能命中索引, 就需要进行表的遍历, 这就会大大增加硬盘 IO 次数.
  • 关系型数据库对于 SQL 的执行会做一系列的解析, 校验, 优化工作.
  • 如果是⼀些复杂查询, 比如联合查询, 需要进行笛卡尔积操作, 效率更是降低很多

遵从二八定律,我们可以使用Redis作为缓存层,这样打到Mysql数据库的请求就会少很多,降低了数据库的压力,同时提高了总体响应速度。

缓存是用来加快 "读操作" 的速度的. 如果是 "写操作", 还是要老老实实写数据库, 缓存并不能提高其性能.

3. 缓存的更新策略

3.1 定期生成

每隔一定的周期(比如⼀天/⼀周/⼀个月), 对于访问的数据频次进行统计. 挑选出访问频次最高的前 N% 的数据保存进入Redis。

这种做法实时性较低. 对于一些突然情况应对的并不好。

比如春节期间, "春晚" 这样的词就会成为非常高频的词. 而平时则很少会有人搜索 "春晚"。

3.2 实时生成

先给缓存设定容量上限(可以通过 Redis 配置文件的 maxmemory 参数设定)。

接下来把用户每次查询:

  • 如果在 Redis 查到了, 就直接返回。
  • 如果 Redis 中不存在, 就从数据库查, 把查到的结果同时也写入 Redis。

如果缓存已经满了(达到上限), 就触发缓存淘汰策略, 把一些 "相对不那么热门" 的数据淘汰掉。

按照上述过程, 持续一段时间之后 Redis 内部的数据自然就是 "热门数据" 了。

缓存淘汰策略

FIFO (First In First Out) 先进先出: 把缓存中存在时间最久的 (也就是先来的数据) 淘汰掉.

LRU (Least Recently Used) 淘汰最久未使用的: 记录每个 key 的最近访问时间. 把最近访问时间最老的 key 淘汰掉.

LFU (Least Frequently Used) 淘汰访问次数最少的:记录每个 key 最近⼀段时间的访问次数. 把访问次数最少的淘汰掉.

Random 随机淘汰:从所有的 key 中抽取幸运儿被随机淘汰掉.

4. 缓存预热, 缓存穿透, 缓存雪崩 和 缓存击穿

缓存预热

缓存预热是指在系统上线或流量高峰之前,主动将一些常用的数据预先加载到缓存中,以减少首次请求时的延迟和数据库的压力。


缓存穿透

缓存穿透是指请求的数据在缓存和数据库中都不存在,导致每次请求都直接访问数据库,造成数据库压力增大。通常是由于恶意请求或错误的请求参数引起的。

原因:

业务设计不合理。比如缺少必要的参数校验环节, 导致非法的 key 也被进行查询了。

黑客恶意攻击。

解决:

  1. 针对要查询的参数进行严格的合法性校验。 比如要查询的 key 是用户的手机号, 那么就需要校验当前 key 是否满足⼀个合法的手机号的格式。

  2. 针对数据库上也不存在的 key , 也存储到 Redis 中, 比如 value 就随便设成⼀个 "". 避免后续频繁访问数据库.

  3. 使用布隆过滤器先判定 key 是否存在, 再真正查询.


缓存雪崩

缓存雪崩是指在某个时间点,大量缓存数据同时过期,导致大量请求直接访问数据库,造成数据库瞬间负载过高,可能导致服务崩溃。

原因:

Redis挂了。

Redis中大量key同时过期。

解决:

  1. 部署高可用的 Redis 集群, 并且完善监控报警体系。

  2. 不给 key 设置过期时间 或者 设置过期时间的时候添加随机时间因子。


缓存击穿

缓存击穿是指某个热点数据在缓存中失效,导致大量请求同时访问数据库,造成数据库瞬间负载过高。与缓存雪崩不同的是,缓存击穿通常是针对单个热点数据的情况。

解决:

  1. 基于统计的方式发现热点 key, 并设置永不过期.

  2. 进行必要的服务降级. 例如访问数据库的时候使用分布式锁, 限制同时请求数据库的并发数。


总结

以上就是这篇博客的主要内容了,大家多多理解,下一篇博客见!

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