xinyin025/learn.lianglianglee.com
1
0
Fork 0
mirror of https://github.com/zhwei820/learn.lianglianglee.com.git synced 2025-09-30 23:26:43 +08:00
Code Issues Actions Packages Projects Releases Wiki Activity
d9c5ffd627
learn.lianglianglee.com/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/39 如何避免缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩？.md.html
周伟 0f006e4e9b add
2022-05-11 18:57:05 +08:00

1065 lines
28 KiB
HTML
Raw Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters

This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.

<!DOCTYPE html>
<!-- saved from url=(0046)https://kaiiiz.github.io/hexo-theme-book-demo/ -->
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, maximum-scale=1.0, user-scalable=no">
<link rel="icon" href="/static/favicon.png">
<title>39 如何避免缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩？.md.html</title>
<!-- Spectre.css framework -->
<link rel="stylesheet" href="/static/index.css">
<!-- theme css & js -->
<meta name="generator" content="Hexo 4.2.0">
</head>
<body>
<div class="book-container">
<div class="book-sidebar">
<div class="book-brand">
<a href="/">
<img src="/static/favicon.png">
<span>技术文章摘抄</span>
</a>
</div>
<div class="book-menu uncollapsible">
<ul class="uncollapsible">
<li><a href="/" class="current-tab">首页</a></li>
</ul>
<ul class="uncollapsible">
<li><a href="../">上一级</a></li>
</ul>
<ul class="uncollapsible">
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/00 开篇词：搭建分布式知识体系，挑战高薪 Offer.md.html">00 开篇词：搭建分布式知识体系，挑战高薪 Offer.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/01 如何证明分布式系统的 CAP 理论？.md.html">01 如何证明分布式系统的 CAP 理论？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/02 不同数据一致性模型有哪些应用？.md.html">02 不同数据一致性模型有哪些应用？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/03 如何透彻理解 Paxos 算法？.md.html">03 如何透彻理解 Paxos 算法？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/04 ZooKeeper 如何保证数据一致性？.md.html">04 ZooKeeper 如何保证数据一致性？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/05 共识问题：区块链如何确认记账权？.md.html">05 共识问题：区块链如何确认记账权？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/06 如何准备一线互联网公司面试？.md.html">06 如何准备一线互联网公司面试？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/07 分布式事务有哪些解决方案？.md.html">07 分布式事务有哪些解决方案？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/08 对比两阶段提交，三阶段协议有哪些改进？.md.html">08 对比两阶段提交，三阶段协议有哪些改进？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/09 MySQL 数据库如何实现 XA 规范？.md.html">09 MySQL 数据库如何实现 XA 规范？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/10 如何在业务中体现 TCC 事务模型？.md.html">10 如何在业务中体现 TCC 事务模型？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/11 分布式锁有哪些应用场景和实现？.md.html">11 分布式锁有哪些应用场景和实现？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/12 如何使用 Redis 快速实现分布式锁？.md.html">12 如何使用 Redis 快速实现分布式锁？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/13 分布式事务考点梳理 + 高频面试题.md.html">13 分布式事务考点梳理 + 高频面试题.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/14 如何理解 RPC 远程服务调用？.md.html">14 如何理解 RPC 远程服务调用？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/15 为什么微服务需要 API 网关？.md.html">15 为什么微服务需要 API 网关？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/16 如何实现服务注册与发现？.md.html">16 如何实现服务注册与发现？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/17 如何实现分布式调用跟踪？.md.html">17 如何实现分布式调用跟踪？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/18 分布式下如何实现配置管理？.md.html">18 分布式下如何实现配置管理？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/19 容器化升级对服务有哪些影响？.md.html">19 容器化升级对服务有哪些影响？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/20 ServiceMesh：服务网格有哪些应用？.md.html">20 ServiceMesh：服务网格有哪些应用？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/21 Dubbo vs Spring Cloud：两大技术栈如何选型？.md.html">21 Dubbo vs Spring Cloud：两大技术栈如何选型？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/22 分布式服务考点梳理 + 高频面试题.md.html">22 分布式服务考点梳理 + 高频面试题.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/23 读写分离如何在业务中落地？.md.html">23 读写分离如何在业务中落地？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/24 为什么需要分库分表，如何实现？.md.html">24 为什么需要分库分表，如何实现？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/25 存储拆分后，如何解决唯一主键问题？.md.html">25 存储拆分后，如何解决唯一主键问题？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/26 分库分表以后，如何实现扩容？.md.html">26 分库分表以后，如何实现扩容？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/27 NoSQL 数据库有哪些典型应用？.md.html">27 NoSQL 数据库有哪些典型应用？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/28 ElasticSearch 是如何建立索引的？.md.html">28 ElasticSearch 是如何建立索引的？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/29 分布式存储考点梳理 + 高频面试题.md.html">29 分布式存储考点梳理 + 高频面试题.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/30 消息队列有哪些应用场景？.md.html">30 消息队列有哪些应用场景？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/31 集群消费和广播消费有什么区别？.md.html">31 集群消费和广播消费有什么区别？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/32 业务上需要顺序消费，怎么保证时序性？.md.html">32 业务上需要顺序消费，怎么保证时序性？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/33 消息幂等：如何保证消息不被重复消费？.md.html">33 消息幂等：如何保证消息不被重复消费？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/34 高可用：如何实现消息队列的 HA？.md.html">34 高可用：如何实现消息队列的 HA？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/35 消息队列选型：Kafka 如何实现高性能？.md.html">35 消息队列选型：Kafka 如何实现高性能？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/36 消息队列选型：RocketMQ 适用哪些场景？.md.html">36 消息队列选型：RocketMQ 适用哪些场景？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/37 消息队列考点梳理 + 高频面试题.md.html">37 消息队列考点梳理 + 高频面试题.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/38 不止业务缓存，分布式系统中还有哪些缓存？.md.html">38 不止业务缓存，分布式系统中还有哪些缓存？.md.html</a>
</li>
<li>
<a class="current-tab" href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/39 如何避免缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩？.md.html">39 如何避免缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/40 经典问题：先更新数据库，还是先更新缓存？.md.html">40 经典问题：先更新数据库，还是先更新缓存？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/41 失效策略：缓存过期都有哪些策略？.md.html">41 失效策略：缓存过期都有哪些策略？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/42 负载均衡：一致性哈希解决了哪些问题？.md.html">42 负载均衡：一致性哈希解决了哪些问题？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/43 缓存高可用：缓存如何保证高可用？.md.html">43 缓存高可用：缓存如何保证高可用？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/44 分布式缓存考点梳理 + 高频面试题.md.html">44 分布式缓存考点梳理 + 高频面试题.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/45 从双十一看高可用的保障方式.md.html">45 从双十一看高可用的保障方式.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/46 高并发场景下如何实现系统限流？.md.html">46 高并发场景下如何实现系统限流？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/47 降级和熔断：如何增强服务稳定性？.md.html">47 降级和熔断：如何增强服务稳定性？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/48 如何选择适合业务的负载均衡策略？.md.html">48 如何选择适合业务的负载均衡策略？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/49 线上服务有哪些稳定性指标？.md.html">49 线上服务有哪些稳定性指标？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/50 分布式下有哪些好用的监控组件？.md.html">50 分布式下有哪些好用的监控组件？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/51 分布式下如何实现统一日志系统？.md.html">51 分布式下如何实现统一日志系统？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/52 分布式路漫漫，厚积薄发才是王道.md.html">52 分布式路漫漫，厚积薄发才是王道.md.html</a>
</li>
</ul>
</div>
</div>
<div class="sidebar-toggle" onclick="sidebar_toggle()" onmouseover="add_inner()" onmouseleave="remove_inner()">
<div class="sidebar-toggle-inner"></div>
</div>
<script>
function add_inner() {
let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
inner.classList.add('show')
}
function remove_inner() {
let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
inner.classList.remove('show')
}
function sidebar_toggle() {
let sidebar_toggle = document.querySelector('.sidebar-toggle')
let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
let content = document.querySelector('.off-canvas-content')
if (sidebar_toggle.classList.contains('extend')) { // show
sidebar_toggle.classList.remove('extend')
sidebar.classList.remove('hide')
content.classList.remove('extend')
} else { // hide
sidebar_toggle.classList.add('extend')
sidebar.classList.add('hide')
content.classList.add('extend')
}
}
function open_sidebar() {
let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
sidebar.classList.add('show')
overlay.classList.add('show')
}
function hide_canvas() {
let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
sidebar.classList.remove('show')
overlay.classList.remove('show')
}
</script>
<div class="off-canvas-content">
<div class="columns">
<div class="column col-12 col-lg-12">
<div class="book-navbar">
<!-- For Responsive Layout -->
<header class="navbar">
<section class="navbar-section">
<a onclick="open_sidebar()">
<i class="icon icon-menu"></i>
</a>
</section>
</header>
</div>
<div class="book-content" style="max-width: 960px; margin: 0 auto;
overflow-x: auto;
overflow-y: hidden;">
<div class="book-post">
<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>39 如何避免缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩？</h1>
<p>设计缓存系统不得不考虑的问题是缓存穿透、缓存击穿与失效时的雪崩效应，同时，关于这几种问题场景的认识及解决方案，也是面试中的高频考点。今天的内容，可以说是缓存应用的三板斧，下面我们一起来分析一下缓存应用中的这几个热门问题。</p>
<h3>缓存穿透</h3>
<p>先来看一下缓存穿透，顾名思义，是指业务请求穿过了缓存层，落到持久化存储上。在大多数场景下，我们应用缓存是为了承载前端业务请求，缓存被击穿以后，如果请求量比较大，则会导致数据库出现风险。</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F8ihZ-Aff7hAAAp1R6rHNs300.png" alt="2.png" /></p>
<p>以双十一为例，由于各类促销活动的叠加，整体网站的访问量、商品曝光量会是平时的千倍甚至万倍。巨大的流量暴涨，单靠数据库是不能承载的，如果缓存不能很好的工作，可能会影响数据库的稳定性，继而直接影响整体服务。</p>
<p>那么哪些场景下会发生<strong>缓存穿透</strong>呢？</p>
<ul>
<li>不合理的缓存失效策略</li>
</ul>
<p>缓存失效策略如果设置不合理，比如设置了大量缓存在同一时间点失效，那么将导致大量缓存数据在同一时刻发生缓存穿透，业务请求直接打到持久化存储层。</p>
<ul>
<li>外部用户的恶意攻击</li>
</ul>
<p>外部恶意用户利用不存在的 Key，来构造大批量不存在的数据请求我们的服务，由于缓存中并不存在这些数据，因此海量请求全部穿过缓存，落在数据库中，将导致数据库崩溃。</p>
<p>介绍了出现缓存穿透的原因，那么缓存穿透如何在业务中避免呢？首先是设置合理的缓存失效策略，避免缓存数据在同一时间失效。对于缓存失效策略的讨论，将在后面的第 36 课时中进行介绍，这里暂时不展开。</p>
<p>缓存穿透还可以通过缓存空数据的方式避免。缓存空数据非常好理解，就是针对数据库不存在的数据，在查询为空时，添加一个对应 null 的值到缓存中，这样在下次请求时，可以通过缓存的结果判断数据库中是否存在，避免反复的请求数据库。不过这种方式，需要考虑空数据的 Key 在新增后的处理，感兴趣的同学可以思考一下。</p>
<p>另外一个方案是使用布隆过滤器。布隆过滤器是应用非常广泛的一种数据结构，我们熟悉的 Bitmap，可以看作是一种特殊的布隆过滤器，布隆过滤器的实现细节不是本课时关注的重点，如果你对布隆过滤器还不熟悉，可以抽空查阅数据结构相关的资料学习。</p>
<p>使用布隆过滤器，可在缓存前添加一层过滤，布隆过滤器映射到缓存，在缓存中不存在的数据，会在布隆过滤器这一层拦截，从而保护缓存和数据库的安全。</p>
<p><img src="assets/CgqCHl8ihaqARq0qAAAyh2IYhog754.png" alt="3.png" /></p>
<h3>缓存击穿</h3>
<p>缓存击穿也是缓存应用常见的问题场景，其是一个非常形象的表达。具体表现：前端请求大量的访问某个热点 Key，而这个热点 Key 在某个时刻恰好失效，导致请求全部落到数据库上。</p>
<p>不知道你有没有听过二八定律（80/20 定律、帕累托法则），百度百科中对二八定律的具体描述是这样的：</p>
<blockquote>
<p>在任何一组东西中，最重要的只占其中一小部分，约 20%，其余 80% 尽管是多数，却是次要的，因此又称二八定律。</p>
</blockquote>
<p>二八定律在缓存应用中也不能避免，往往是 20% 的缓存数据，承担了 80% 或者更高的请求，剩下 80% 的缓存数据，仅仅承担了 20% 的访问流量。</p>
<p>由于二八定律的存在，缓存击穿虽然可能只是一小部分数据失效，但这部分数据如果恰好是热点数据，还是会对系统造成非常大的危险。</p>
<p>缓存击穿和缓存穿透都是降低了整体的缓存命中率，不过在表现上比较类似。缓存击穿可以认为是缓存穿透的一种特殊场景，所以在解决方案上也可以应用上面提到的那几种手段。</p>
<p>接下来看一下缓存雪崩，其是缓存穿透和缓存击穿升级的一种问题场景。</p>
<h3>缓存雪崩</h3>
<p>缓存雪崩的表现有两种，一种是大量的缓存数据在同一时刻失效，请求全部转发到数据库，将导致数据库压力过大，服务宕机；另外一种是缓存服务不稳定，比如负责缓存的 Redis 集群宕机。</p>
<p>在业务开发中，出现缓存雪崩非常危险，可能会直接导致大规模服务不可用，因为缓存失效时导致的雪崩，一方面是整体的数据存储链路，另一方面是服务调用链路，最终导致微服务整体的对外服务出现问题。</p>
<p>我们知道，微服务本身就存在雪崩效应，在电商场景中，如果商品服务不可用，最终可能会导致依赖的订单服务、购物车服务、用户浏览等级联出现故障。</p>
<p>你考虑一下，如果商品服务出现缓存雪崩，继而商品服务不可用，关联的周边服务都会受影响。</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F8ihbyAf1UxAABgpe_3O54337.png" alt="4.png" /></p>
<p>那么缓存雪崩在业务中如何避免呢？</p>
<p>首先是明确缓存集群的容量峰值，通过合理的限流和降级，防止大量请求直接拖垮缓存；其次是做好缓存集群的高可用，以 Redis 为例，可以通过部署 RedisCluster、Proxy 等不同的缓存集群，来实现缓存集群高可用。</p>
<h3>缓存稳定性</h3>
<p>今天介绍的内容，是大家在缓存应用时的一些总结，现在我希望你跳出这几个名词，从一个更高的维度来思考缓存应用的稳定性。</p>
<p>首先明确应用缓存的目的，大部分缓存都是内存数据库，并且可以支持非常高的 QPS，所以缓存应用，可以防止海量业务请求击垮数据库，保护正常的服务运行。</p>
<p>其次，在考虑缓存的稳定性时，要从两个方面展开，第一个是缓存的数据，第二个是缓存容器也就是缓存服务本身的稳定性。</p>
<p>从缓存数据的层面，有一个缓存命中率的概念，是指落到缓存上的请求占整体请求总量的占比。缓存命中率在电商大促等场景中是一个非常关键的指标，我们要尽可能地提高缓存数据的命中率，一般要求达到 90% 以上，如果是大促等场景，会要求 99% 以上的命中率。</p>
<p>从缓存服务的层面，缓存集群本身也是一个服务，也会有集群部署，服务可用率，服务的最大容量等。在应用缓存时，要对缓存服务进行压测，明确缓存的最大水位，如果当前系统容量超过缓存阈值，就要通过其他的高可用手段来进行调整，比如服务限流，请求降级，使用消息队列等不同的方式。</p>
<h3>总结</h3>
<p>这一课时的内容，分享了分布式缓存应用和面试的经典问题：缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩，以及对应这几种业务场景的解决方案。今天介绍的这几个问题场景，只是对缓存应用时一些高频问题的抽象，在实际业务开发中，永远都是具体情况具体分析，对不同的业务，适用不同的解决方案。</p>
<p>你在应用缓存时有哪些心得体会，比如如何提高缓存命中率，如何处理热点 Key 等，欢迎留言进行分享。</p>
</div>
</div>
<div>
<div style="float: left">
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/38 不止业务缓存，分布式系统中还有哪些缓存？.md.html">上一页</a>
</div>
<div style="float: right">
<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/40 经典问题：先更新数据库，还是先更新缓存？.md.html">下一页</a>
</div>
</div>
</div>
</div>
</div>
</div>
<a class="off-canvas-overlay" onclick="hide_canvas()"></a>
</div>
<script defer src="https://static.cloudflareinsights.com/beacon.min.js/v652eace1692a40cfa3763df669d7439c1639079717194" integrity="sha512-Gi7xpJR8tSkrpF7aordPZQlW2DLtzUlZcumS8dMQjwDHEnw9I7ZLyiOj/6tZStRBGtGgN6ceN6cMH8z7etPGlw==" data-cf-beacon='{"rayId":"709976ef18f63cfa","version":"2021.12.0","r":1,"token":"1f5d475227ce4f0089a7cff1ab17c0f5","si":100}' crossorigin="anonymous"></script>
</body>
<!-- Global site tag (gtag.js) - Google Analytics -->
<script async src="https://www.googletagmanager.com/gtag/js?id=G-NPSEEVD756"></script>
<script>
window.dataLayer = window.dataLayer || [];
function gtag() {
dataLayer.push(arguments);
}
gtag('js', new Date());
gtag('config', 'G-NPSEEVD756');
var path = window.location.pathname
var cookie = getCookie("lastPath");
console.log(path)
if (path.replace("/", "") === "") {
if (cookie.replace("/", "") !== "") {
console.log(cookie)
document.getElementById("tip").innerHTML = "<a href='" + cookie + "'>跳转到上次进度</a>"
}
} else {
setCookie("lastPath", path)
}
function setCookie(cname, cvalue) {
var d = new Date();
d.setTime(d.getTime() + (180 * 24 * 60 * 60 * 1000));
var expires = "expires=" + d.toGMTString();
document.cookie = cname + "=" + cvalue + "; " + expires + ";path = /";
}
function getCookie(cname) {
var name = cname + "=";
var ca = document.cookie.split(';');
for (var i = 0; i < ca.length; i++) {
var c = ca[i].trim();
if (c.indexOf(name) === 0) return c.substring(name.length, c.length);
}
return "";
}
</script>
</html>
Reference in New Issue View Git Blame Copy Permalink