緩存穿透、緩存並發、緩存失效之思路變遷

我們在用緩存的時候，不管是Redis或者Memcached，基本上會通用遇到以下三個問題：

• 緩存穿透
• 緩存並發
• 緩存失效

一、緩存穿透

註：

上面三個圖會有什麽問題呢？

我們在項目中使用緩存通常都是先檢查緩存中是否存在，如果存在直接返回緩存內容，如果不存在就直接查詢數據庫然後再緩存查詢結果返回。這個時候如果我們查詢的某一個數據在緩存中一直不存在，就會造成每一次請求都查詢DB，這樣緩存就失去了意義，在流量大時，可能DB就掛掉了。

那這種問題有什麽好辦法解決呢？

要是有人利用不存在的key頻繁攻擊我們的應用，這就是漏洞。

有一個比較巧妙的作法是，可以將這個不存在的key預先設定一個值。

比如，"key" , “&&”。

在返回這個&&值的時候，我們的應用就可以認為這是不存在的key，那我們的應用就可以決定是否繼續等待繼續訪問，還是放棄掉這次操作。如果繼續等待訪問，過一個時間輪詢點後，再次請求這個key，如果取到的值不再是&&，則可以認為這時候key有值了，從而避免了透傳到數據庫，從而把大量的類似請求擋在了緩存之中。

二、緩存並發

有時候如果網站並發訪問高，一個緩存如果失效，可能出現多個進程同時查詢DB，同時設置緩存的情況，如果並發確實很大，這也可能造成DB壓力過大，還有緩存頻繁更新的問題。

我現在的想法是對緩存查詢加鎖，如果KEY不存在，就加鎖，然後查DB入緩存，然後解鎖；其他進程如果發現有鎖就等待，然後等解鎖後返回數據或者進入DB查詢。

這種情況和剛才說的預先設定值問題有些類似，只不過利用鎖的方式，會造成部分請求等待。

三、緩存失效

引起這個問題的主要原因還是高並發的時候，平時我們設定一個緩存的過期時間時，可能有一些會設置1分鐘啊，5分鐘這些，並發很高時可能會出在某一個時間同時生成了很多的緩存，並且過期時間都一樣，這個時候就可能引發一當過期時間到後，這些緩存同時失效，請求全部轉發到DB，DB可能會壓力過重。

那如何解決這些問題呢？

其中的一個簡單方案就時講緩存失效時間分散開，比如我們可以在原有的失效時間基礎上增加一個隨機值，比如1-5分鐘隨機，這樣每一個緩存的過期時間的重復率就會降低，就很難引發集體失效的事件。

我們討論的第二個問題時針對同一個緩存，第三個問題時針對很多緩存。

總結來看：

1、緩存穿透：查詢一個必然不存在的數據。比如文章表，查詢一個不存在的id，每次都會訪問DB，如果有人惡意破壞，很可能直接對DB造成影響。

2、緩存失效：如果緩存集中在一段時間內失效，DB的壓力凸顯。這個沒有完美解決辦法，但可以分析用戶行為，盡量讓失效時間點均勻分布。

當發生大量的緩存穿透，例如對某個失效的緩存的大並發訪問就造成了緩存雪崩。

四、大家提問匯總

1、問題1：

如何解決DB和緩存一致性問題？

答：當修改了數據庫後，有沒有及時修改緩存。這種問題，以前有過實踐，修改數據庫成功，而修改緩存失敗的情況，最主要就是緩存服務器掛了。而因為網絡問題引起的沒有及時更新，可以通過重試機制來解決。而緩存服務器掛了，請求首先自然也就無法到達，從而直接訪問到數據庫。那麽我們在修改數據庫後，無法修改緩存，這時候可以將這條數據放到數據庫中，同時啟動一個異步任務定時去檢測緩存服務器是否連接成功，一旦連接成功則從數據庫中按順序取出修改數據，依次進行緩存最新值的修改。

2、問題2：

問下緩存穿透那塊！例如，一個用戶查詢文章，通過ID查詢，按照之前說的，是將緩存的KEY預先設置一個值，，如果通過ID插過來，發現是預先設定的一個值，比如說是“&&”，那之後的繼續等待訪問是什麽意思，這個ID什麽時候會真正被附上用戶所需要的值呢？

答：我剛說的主要是咱們常用的後面配置，前臺獲取的場景。前臺無法獲取相應的key，則等待，或者放棄。當在後臺配置界面上配置了相關key和value之後，那麽以前的key &&也自然會被替換掉。你說的那種情況，自然也應該會有一個進程會在某一個時刻，在緩存中設置這個ID，再有新的請求到達的時候，就會獲取到最新的ID和value。

3、問題3：

其實用redis的話，那天看到一個不錯的例子，雙key，有一個當時生成的一個附屬key來標識數據修改到期時間，然後快到的時候去重新加載數據，如果覺得key多可以把結束時間放到主key中，附屬key起到鎖的功能。

答：這種方案，之前我們實踐過。這種方案會產生雙份數據，而且需要同時控制附屬key與key之間的關系，操作上有一定復雜度。

4、問題4：

多級緩存是什麽概念呢？

答：多級緩存就像我今天之前給大家發的文章裏面提到了，將ehcache與redis做二級緩存，就像我之前寫的文章 http://www.jianshu.com/p/2cd6ad416a5a 提到過的。但同樣會存在一致性問題，如果我們需要強一致性的話，緩存與數據庫同步是會存在時間差的，所以我們在具體開發的過程中，一定要根據場景來具體分析，二級緩存更多的解決是，緩存穿透與程序的健壯性，當集中式緩存出現問題的時候，我們的應用能夠繼續運行。

本文作者：程超（簡書昵稱：小程故事多）
原文鏈接：https://www.jianshu.com/p/d96906140199
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