Redis之常见问题以及解决方案

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-02-21 06:43 142阅读 0赞

Redis通常是用来做缓存来使用的，使用缓存可以显著的提高程序的性能。但是在高并发的时候也容易出现一些问题。

##### 缓存雪崩 #####

缓存雪崩的问题可能是最常见的问题了，大家可能都遇到过。所谓`缓存雪崩指的是大量key在同一时间大面积失效`，请求缓存的时候请求不到，这个时候就会全都打到数据库中。针对缓存雪崩常见的解决方案有：

*  给key设置失效时间的时候加一个随机值，这样子就不会造成大量的key在同一时间失效
 *  针对热点数据的key设置永不过期
 *  使用分布式缓存集群（持久化、主从复制、哨兵和集群）

当然还有很小的几率以上的方案还是没有抵挡住缓存雪崩，那么我们就需要做[限流][Link 1]处理，尽量保证我们的数据库不被打死，只要数据库不挂掉我们的服务就是可以用的。

##### 缓存穿透 #####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdjaGVuZ21pbmcx_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
假如用户想查询一个商品信息，这个时候用`id = -1`去调`getProduct(Long id)`查询商品信息，这个时候缓存中没有数据，数据库也没有数据，如果没有做参数合法性校验的话，用户频繁的请求接口，就会给数据库造成很大的压力，严重的情况可能会导致数据库挂掉，从而导致服务不可用。

所谓`缓存穿透就是用户访问一个缓存和数据库中都不存在的数据，导致每次都要查询一次缓存和数据库，这种情况就叫做缓存穿透`。缓存穿透常见的解决方案有：

*  对请求参数做合法性校验，比如`id <= 0`时，直接返回参数不正确，这一步是必须要做的
 *  如果缓存和数据库都不存在，这个时候在缓存中给这个key的value设置成null，这样子下次请求就可以存缓存中拿到null，从而不必再次请求数据库。但是这个key的过期时间应该设置比较短的时间，比如10s，防止数据库中更新了值，用户不能及时的取到。
 *  使用[布隆过滤器（BloomFilter）][BloomFilter]，判断一个key是否已经查过了，如果已经查过了，就不去数据库查询。

##### 缓存击穿 #####

缓存击穿和缓存雪崩有点像，所谓`缓存击穿指的是一个热点key在不断的抗住大并发，但是这个key过期了，就会导致很多的请求一下子全都打到了数据库，一下子就把数据库打挂了，从而导致了服务瘫痪`。常见的解决方案有：

*  同样还是要做参数的合法性校验
 *  针对热点数据可以将key的过期时间设置的长一点，甚至有些热点key可以设置永不过期
 *  使用互斥锁，在请求数据的时候锁住，返回结果后将值设到缓存中，然后再释放锁，下面写一段伪代码

public static String getData(String key){
    	// 从redis中读取数据
    	String value = getDataByRedis(key);
    	// 锁住
    	if(StringUtils.isBlank(value)){
    		if(lock.tryLock()){
    			value = getDataByDB(key);
    			// 放到redis中
    			set2Redis(key, value);
    			lock.unLock(); 
    		}
    	}
    	return value;
    }

##### 数据库缓存双写不一致问题 #####

首先我们先弄明白什么是双写不一致问题：`双写不一致指的是缓存和数据库中的值不一样`。

在使用数据库缓存的时候，读和写的流程往往是这样的：

*  读取的时候，先读取缓存，如果缓存中没有，就直接从数据库中读取，然后取出数据后放入缓存
 *  更新的时候，先删除缓存，再更新数据库

所谓双写不一致，就是在发生写操作（更新）的时候或写操作之后，可能会存在数据库里面的值和缓存中的值不同的情况。

为什么更新的时候要先删除缓存，再更新数据库？因为如果先更新数据库，然后在删除缓存的时候失败了，就会造成缓存里面的值和数据库的值不一致。

然而这样并不能完全避免双写不一致问题。假设在大并发情景下，一个线程先删除缓存，然后取更新数据库，这个时候另一个线程去取缓存，发现没有值，于是去读数据库，然后把数据库旧的值设置进缓存。等第一个线程更新完数据库后，数据库里面就是新的值，而缓存里面是旧的值，所以就存在了数据不一致的问题。

*  一个比较简单的解决办法是把过期`时间设置得比较低`，这样就只有在缓存没过期之前存在数据不一致问题，在一些业务场景下也还能接受。
 *  另一种解决方案是`使用队列辅助`。先更新数据库，再删除缓存。如果删除失败，就放进队列。然后另一个任务从队列中取出消息，不断去重试删除相应的key。
 *  还有一种解决方案是`对一个数据使用一个队列，使读写操作串行化`。比如对id为n的数据建立一个队列。对这条数据的写操作，删除缓存后，放进一个队列；然后另一个线程过来了，发现没有缓存，则把这个读操作也放进这个队列里面。不过这样会增加程序的复杂性，串行化也会降低程序的吞吐量，可能得不偿失。一般主流的解决方案还是`先删除缓存，再更新数据库`。可以满足绝大部分需求。

##### Redis相比Memcached有哪些优势 #####

*  首先redis支持更加丰富的数据结构，而Memcached只有String类型
 *  redis是支持RDB和AOF持久化的，而Memcached是不支持持久化的
 *  redis支持集群模式（Redis Cluster），而Memcached不支持集群的
 *  redis在2.6以后支持事务，而Memcached不支持事务

##### Redis为什么快 #####

*  redis是完全基于内存的，就像HashMap一样，时间复杂度是O(1)
 *  Redis使用的是非阻塞I/O，I/O多路复用，使用了单线程来轮询描述符，将数据库的开、关、读、写都转换成了事件，减少了线程切换时上下文的切换和竞争
 *  redis采用了单线程的模型，保证了每个操作的原子性，也减少了线程的上下文切换和竞争
 *  redis采用自己实现的事件分离器，效率比较高，内部采用非阻塞的执行方式，吞吐能力比较大
 *  最主要的redis定义了自己的数据结构，请看[这篇文章][Link 2]

##### Redis哨兵 #####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdjaGVuZ21pbmcx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
哨兵必须用三个实例去保证自己的健壮性，哨兵 + 主从 并不能保证数据不丢失 ，但是可以保证集群的高可用。工作原理：

*  每个 Sentinel 节点以每秒一次的频率向它所知的主服务器、从服务器和其他 Sentinel 节点发送一个 PING 命令
 *  如果 一个实例举例最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 所指定的值，那么这个实例就会被标记为主观下线
 *  如果一个主服务器被标记为主观下线，那么正在监视这个服务器的所有 Sentinel 节点会以每秒一次的频率确认主服务器的确进入了主观下线状态
 *  如果有足够数量的 Sentinel （至少要达到配置文件中指定的数量）在指定的时间范围内同意这一判断，那么这个主服务器就会被标记为客观下线
 *  当主服务器被标记为客观下线后，Sentinel 节点会向下线主服务器的所有从服务器发送 INFO 命令的频率从 10 秒一次改为每秒一次
 *  Sentinel 节点会协商客观下线主服务器的状态，如果处于 SDOWN 状态，则投票自动选出新的主节点，将剩下从节点指向新的主节点进行数据复制。
 *  当没有足够数量的 Sentinel 节点泳衣主服务器下线是，主服务器的客观下线状态就会被移除。或者当主服务器重新向 Sentinel 的 PING 命令返回有效回复是，主服务器的主观下线状态就会被移除

##### Redis集群原理 #####

Redis Sentinel（哨兵）着眼于高可用，在master 宕机时会自动将slave提升为master，继续提供服务。Redis Cluster（集群）着眼于扩展性，在单个redis内存不足时，使用Cluster进行分片存储。选主策略：

*  slave 的 priority 设置的越低，优先级越高
 *  同等情况下，slave 复制的数据越多优先级越高
 *  相同的条件下，runid 越小越容易被选中

[Link 1]: https://blog.csdn.net/wangchengming1/article/details/93191815
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdjaGVuZ21pbmcx_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200629161136327.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdjaGVuZ21pbmcx,size_16,color_FFFFFF,t_70
[BloomFilter]: https://blog.csdn.net/wangchengming1/article/details/106891523
[Link 2]: https://blog.csdn.net/wangchengming1/article/details/106834764
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdjaGVuZ21pbmcx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200629183518688.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdjaGVuZ21pbmcx,size_16,color_FFFFFF,t_70