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Redis 经典缓存问题:一致性、穿透、击穿、雪崩与污染

日期:2025-01-10点击:82

 

Redis 是一种广泛应用的高性能内存数据库,常用于缓存场景以提升系统性能和用户体验。然而,使用 Redis 缓存时,可能会遇到一些经典问题,比如一致性问题、缓存穿击、缓存穿透、缓存雪崩,以及缓存污染等。这些问题如果不加以有效处理,可能导致系统性能下降,甚至引发服务不可用的严重后果。

 

本文主要探讨Redis作为缓存,在实践中可能会有哪些问题。

本文目录:

  • 为什么要理解Redis缓存问题

  • 缓存穿透

  • 缓存击穿

  • 缓存雪崩

  • 缓存污染

  • 数据库和缓存一致性

 

 1. 为什么要理解Redis缓存问题


Redis 缓存能够显著提升数据访问速度,但其问题常与实际业务场景相关。深入理解这些问题及其解决方案,能够帮助开发者设计更加健壮和高效的系统架构。

在高并发的业务场景下,数据库大多数情况都是用户并发访问最薄弱的环节。所以,就需要使用redis做一个缓冲操作,让请求先访问到redis,而不是直接访问Mysql等数据库。这样可以大大缓解数据库的压力。

当缓存库出现时,必须要考虑如下问题:

  • 缓存穿透

  • 缓存穿击

  • 缓存雪崩

  • 缓存污染

  • 缓存和数据库一致性

 

2. 缓存穿透


问题定义:

缓存穿透指的是客户端频繁请求数据库中根本不存在的键,由于缓存中无法命中(因为数据不存在,无法写入缓存),每次请求都会直接访问数据库,导致数据库负载增加。

解决方法:

  1. 布隆过滤器

    在缓存层增加布隆过滤器,将可能的合法数据提前存储在布隆过滤器中,拦截非法请求。

     

  2. 缓存空值

    对于不存在的键,也将其值设置为  null  并缓存一定时间,但需要注意避免缓存污染(详见后文)。

 

3. 缓存击穿


问题定义:

缓存击穿发生在某个热点缓存键过期时,大量请求同时涌向数据库,造成数据库瞬时压力过高。

解决方法:

  1. 设置热点数据不过期

    将热点数据的过期时间设置为极长,或者动态更新热点数据的过期时间。

  2. 互斥锁

    对访问过期缓存的请求加锁,只有获取锁的请求可以加载数据并更新缓存,其余请求等待。

 

4. 缓存雪崩


问题定义:

缓存雪崩指的是大量缓存数据在同一时间段失效,导致所有请求都涌向数据库,引发数据库崩溃。

 

解决方法:

  1. 缓存过期时间分布化

    为不同的缓存键设置随机过期时间,避免同一时间大批量缓存失效。

  2. 多级缓存

    在 Redis 缓存前增加本地缓存层,减轻数据库直接压力。

  3. 降级限流

    在数据库压力过大时,开启服务降级或请求限流机制。

 

5. 缓存污染


问题定义:

缓存污染是指缓存中存储了低命中率或无意义的数据,占用了大量内存资源,降低缓存效率。

 

解决方法:

  1. 设置缓存淘汰策略

    根据业务需求选择合适的淘汰策略(如 LRU、LFU)。

  2. 过滤低价值数据

    对可能影响缓存效率的数据进行预处理,避免写入缓存。

 

6. 数据库和缓存一致性


问题定义:

Redis 缓存和数据库中的数据可能出现不一致的问题,尤其是在数据更新时,可能导致缓存中的数据陈旧。

解决方法:

  1. 删除缓存策略

    在更新数据库后立即删除缓存,使下一次访问重新加载最新数据。

    注意,我们的更新是先更新数据库,成功后,让缓存失效。

  2. 延时双删策略

    在更新数据库后,删除缓存,并在一定延时后再次删除缓存,确保缓存数据更新。

     

  3. 订阅通知

    通过 Redis 的 Pub/Sub 功能或类似工具(如 Canal)监听数据库变更并同步更新缓存。

 

结语


 

Redis 是一个强大的缓存工具,但在高并发场景中,缓存相关问题如穿透、击穿和雪崩可能严重影响系统的稳定性。了解这些问题并采用合适的解决方案,是设计高性能系统的关键。希望本文能为您解决实际问题提供帮助!

 


 

END

 
  

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