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缓存

redis除了可以作为db存储用，还有一些场景是做二级缓存(比如mysql+redis或者mysql+memcached),所以这里总结下作为缓存时需要考虑的一些问题及解决方案

缓存穿透

• 名词解释：即黑客故意去请求缓存中不存在的数据，导致所有的请求都怼到数据库上，从而数据库连接异常。
• 解决方案:
  (一)利用互斥锁，缓存失效的时候，先去获得锁，得到锁了，再去请求数据库。没得到锁，则休眠一段时间重试
  (二)采用异步更新策略，无论key是否取到值，都直接返回。value值中维护一个缓存失效时间，缓存如果过期，异步起一个线程去读数据库，更新缓存。需要做缓存预热(项目启动前，先加载缓存)操作。
  (三)提供一个能迅速判断请求是否有效的拦截机制，比如，利用布隆过滤器，内部维护一系列合法有效的key。迅速判断出，请求所携带的Key是否合法有效。如果不合法，则直接返回。

缓存雪崩(缓存失效)

• 名词解释：即缓存同一时间大面积的失效，这个时候又来了一波请求，结果请求都怼到数据库上，从而导致数据库连接异常。
• 解决方案:
  (一)给缓存的失效时间，加上一个随机值，避免集体失效。
  (二)使用互斥锁，但是该方案吞吐量明显下降了。
  (三)双缓存。我们有两个缓存，缓存A和缓存B。缓存A的失效时间为20分钟，缓存B不设失效时间。自己做缓存预热操作。然后细分以下几个小点
  ● I 先从缓存A读数据，有则直接返回；
  ● II A没有数据，直接从B读数据，直接返回，并且异步启动一个更新线程；
  ● III 更新线程同时更新缓存A和缓存B。

缓存击穿(热点key)

• 名词解释：是指一个key非常热点，在不停的扛着大并发，大并发集中对这一个点进行访问，当这个key在失效的瞬间，持续的大并发就穿破缓存，直接请求数据库，就像在一个屏障上凿开了一个洞。
• 解决方案:
  (一)使用互斥锁(mutex key)：先去获得锁，得到锁后构建缓存，其他线程等待构建缓存的线程执行完，重新从缓存获取数据就可以了；
  (二)"提前"使用互斥锁：在value内部设置1个超时值(timeout1), timeout1比实际的timeout(timeout2)小。当从cache读取到timeout1发现它已经过期，马上延长timeout1并重新设置到cache。然后再从数据库加载数据并设置到cache中；
  (三)永不过期：没有设置过期时间就保证不会出现热点key过期问题
  (四)资源保护：做资源的隔离保护主线程池

缓存并发竞争(并发set)

• 名词解释：多个client线程同时set key引起的并发问题
• 解决方案：
  (一)分布式锁+时间戳:准备一个分布式锁(SETNX实现)，大家去抢锁，抢到锁就做set操作,value需要保存一个时间戳判断set顺序;抢到锁的线程的时间戳早于缓存中的时间戳就不做set操作。
  (二)消息队列:把Redis.set操作放在队列中使其串行化,必须的一个一个执行。这种方式在一些高并发的场景中算是一种通用的解决方案。

数据一致性

当一份数据存在多个数据源(比如mysql+redis)或者多个redis实例(redis cluster模式下)时需要考虑其最终一致性问题，避免脏读。

缓存(双写)一致性

1）线程A发起一个写操作，第一步write DB
2）线程A第二步del cache
3）线程B发起一个读操作，cache miss
4）线程B从DB获取最新数据
5）线程B同时set cache

1）读取缓存中是否有相关数据
2）如果缓存中有相关数据value，则返回
3）如果缓存中没有相关数据，则从数据库读取相关数据放入缓存中key->value，再返回
4）如果有更新数据，则先更新数据，再删除缓存
5）为了保证第四步删除缓存成功，使用binlog异步删除
6）如果是主从数据库，binglog取自于从库
7）如果是一主多从，每个从库都要采集binlog，然后消费端收到最后一台binlog数据才删除缓存

Redis集群(Redis-cluster)一致性原理

哨兵(Sentinel)模式

Sentinel 是 Redis 高可用的解决方案，由一个或者多个 Sentinel 实例组成的系统可以监视 Redis 主节点及其从节点，当检测到 Redis 主节点下线时，会根据特定的选举规则从该主节点对应的所有从节点中选举出一个“最优”的从节点升主，然后由升主的新主节点处理请求。

Redis集群产生的背景

单实例 Redis 虽然简单，但瓶颈明显。一是容量问题，在一些应用场景下，数据规模可达数十 G，甚至数百G，而物理机的资源却是有限的，内存无法无限扩充；二是并发性能问题，Redis 号称单实例10万并发，但也仅仅是10万并发。鉴于单机模式的局限性，历时三年，Redis-Cluster应运而生。

Redis-cluster特点

节点互通：所有的Redis节点彼此互联(PING-PONG机制)，内部使用二进制协议优化传输速度和带宽；
去中心化：Redis-Cluster不存在中心节点，每个节点都记录有集群的状态信息，并且通过Gossip协议，使每个节点记录的信息实现最终一致性；
客户端直连：客户端与Redis节点直连，不需要中间proxy层，客户端不需要连接集群所有节点，连接集群中任何一个可用节点即可；
数据分片： Redis-Cluster的键空间被分割为 16384 个slot，这些slot被分别指派给主节点，当存储Key-Value 时，根据 CRC16(key) Mod 16384的值，决定将一个 Key-value 放到哪个 Slot 中；
多数派原则：对于集群中的任何一个节点，需要超过半数的节点检测到它失效(pFail)，才会将其判定为失效（Fail）；
自动Failover：当集群中某个主节点故障后（Fail），其它主节点会从故障主节点的从节点中选举一个”最佳“从节点升主，替代故障的主节点；
功能弱化：集群模式下，由于数据分布在多个节点，不支持单机模式下的集合操作，也不支持多数据库功能，集群只能使用默认的0号数据库；
集群规模：官方推荐的最大节点数量为 1000 个左右，这是因为当集群规模过大时，Gossip协议的效率会显著下降，通信成本剧增；

分布式一致性hash(Consistent hashing)

哈希函数H(CRC32)的值空间为0-2^32-1（即哈希值是一个32位无符号整形）
整个空间按顺时针方向组织，圆环的正上方的点代表0，0点右侧的第一个点代表1，以此类推，2、3、4、5、6…
下一步将各个服务器使用Hash进行一个哈希，具体可以选择服务器的IP或主机名作为关键字进行哈希，这样每台机器就能确定其在哈希环上的位置.
将数据key使用相同的函数Hash计算出哈希值，并确定此数据在环上的位置，从此位置沿环顺时针“行走”，第一台遇到的服务器就是其应该定位到的服务器.
一般的，在一致性Hash算法中，如果一台服务器增删，则受影响的数据仅仅是此服务器到其环空间中前一台服务器（即沿着逆时针方向行走遇到的第一台服务器）之间数据，其它不会受到影响

为了解决数据倾斜问题(被缓存的对象大部分集中缓存在某一台服务器上)，一致性Hash算法引入了虚拟节点机制，即对每一个服务节点计算多个哈希，每个计算结果位置都放置一个此服务节点，称为虚拟节点。具体做法可以在服务器IP或主机名的后面增加编号来实现。在实际应用中，通常将虚拟节点数设置为32甚至更大，因此即使很少的服务节点也能做到相对均匀的数据分布。

附录

• redis复习（带着问题复习）
• Redis基础知识点快速复习手册（下）
• 并发环境下，先操作数据库还是先操作缓存？
• 第三章：深入浅出理解分布式一致性协议Gossip和Redis集群原理
• 分布式一致性Hash
• Consistent hashing and random trees

redis缓存与数据一致性

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原文地址：https://www.cnblogs.com/arachis/p/redis_cache.html