缓存内功心法：缓存基础整理

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缓存雪崩

缓存雪崩是由于原有缓存失效(过期)，新缓存未到期间。所有请求都去查询数据库，而对数据库CPU和内存造成巨大压力，严重的会造成数据库宕机。从而形成一系列连锁反应，造成整个系统崩溃。

解决方法：

1. 一般并发量不是特别多的时候，使用最多的解决方案是加锁排队。

2. 给每一个缓存数据增加相应的缓存标记，记录缓存的是否失效，如果缓存标记失效，则更新数据缓存。

   • 缓存标记：记录缓存数据是否过期，如果过期会触发通知另外的线程在后台去更新实际key的缓存。
   • 缓存数据：它的过期时间比缓存标记的时间延长1倍，例：标记缓存时间30分钟，数据缓存设置为60分钟。 这样，当缓存标记key过期后，实际缓存还能把旧数据返回给调用端，直到另外的线程在后台更新完成后，才会返回新缓存。

加锁排队方案伪代码：

<pre style="box-sizing: inherit; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, "Courier New", monospace; font-size: 13px; word-break: initial; word-wrap: initial; white-space: pre; overflow: auto; margin: 16px 0px 14px; padding: 14px 15px 12px; border-radius: 3px; border: none; display: block; line-height: 1.6; background: rgb(246, 246, 246); color: rgb(61, 70, 77); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">//伪代码
public object GetProductListNew() {
int cacheTime = 30;
String cacheKey = "product_list";
String lockKey = cacheKey;

String cacheValue = CacheHelper.get(cacheKey);
if (cacheValue != null) {
    return cacheValue;
} else {
    synchronized(lockKey) {
        cacheValue = CacheHelper.get(cacheKey);
        if (cacheValue != null) {
            return cacheValue;
        } else {
            //这里一般是sql查询数据
            cacheValue = GetProductListFromDB();
            CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);
        }
    }
    return cacheValue;
}

}</pre>

缓存标记方案伪代码：

<pre style="box-sizing: inherit; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, "Courier New", monospace; font-size: 13px; word-break: initial; word-wrap: initial; white-space: pre; overflow: auto; margin: 16px 0px 14px; padding: 14px 15px 12px; border-radius: 3px; border: none; display: block; line-height: 1.6; background: rgb(246, 246, 246); color: rgb(61, 70, 77); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">//伪代码
public object GetProductListNew() {
int cacheTime = 30;
String cacheKey = "product_list";
//缓存标记
String cacheSign = cacheKey + "_sign";

String sign = CacheHelper.Get(cacheSign);
//获取缓存值
String cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
if (sign != null) {
    return cacheValue; //未过期，直接返回
} else {
    CacheHelper.Add(cacheSign, "1", cacheTime);
    ThreadPool.QueueUserWorkItem((arg) -> {
        //这里一般是 sql查询数据
        cacheValue = GetProductListFromDB();
        //日期设缓存时间的2倍，用于脏读
        CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime * 2);
    });
    return cacheValue;
}

}</pre>

缓存穿透

缓存穿透是指用户查询数据，在数据库没有，自然在缓存中也不会有。这样就导致用户查询的时候，在缓存中找不到，每次都要去数据库再查询一遍，然后返回空（相当于进行了两次无用的查询）。这样请求就绕过缓存直接查数据库，这也是经常提的缓存命中率问题。

解决方案：

1. 布隆过滤器，将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中，一个一定不存在的数据会被这个bitmap拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。
2. 如果一个查询返回的数据为空（不管是数据不存在，还是系统故障），我们仍然把这个空结果进行缓存，但它的过期时间会很短，最长不超过五分钟。通过这个直接设置的默认值存放到缓存，这样第二次到缓冲中获取就有值了，而不会继续访问数据库，这种办法最简单粗暴！

方案二伪代码：

<pre style="box-sizing: inherit; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, "Courier New", monospace; font-size: 13px; word-break: initial; word-wrap: initial; white-space: pre; overflow: auto; margin: 16px 0px 14px; padding: 14px 15px 12px; border-radius: 3px; border: none; display: block; line-height: 1.6; background: rgb(246, 246, 246); color: rgb(61, 70, 77); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">//伪代码
public object GetProductListNew() {
int cacheTime = 30;
String cacheKey = "product_list";

String cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
if (cacheValue != null) {
    return cacheValue;
}

cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
if (cacheValue != null) {
    return cacheValue;
} else {
    //数据库查询不到，为空
    cacheValue = GetProductListFromDB();
    if (cacheValue == null) {
        //如果发现为空，设置个默认值，也缓存起来
        cacheValue = string.Empty;
    }
    CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);
    return cacheValue;
}

}</pre>

缓存预热

缓存预热这个应该是一个比较常见的概念，相信很多小伙伴都应该可以很容易的理解，缓存预热就是系统上线后，将相关的缓存数据直接加载到缓存系统。这样就可以避免在用户请求的时候，先查询数据库，然后再将数据缓存的问题！用户直接查询事先被预热的缓存数据！

解决思路：

1. 直接写个缓存刷新页面，上线时手工操作下；
2. 数据量不大，可以在项目启动的时候自动进行加载；
3. 定时刷新缓存；

缓存更新

除了缓存服务器自带的缓存失效策略之外，我们还可以根据具体的业务需求进行自定义的缓存淘汰，常见的策略有两种：

1. 定时去清理过期的缓存。
2. 当有用户请求过来时，再判断这个请求所用到的缓存是否过期，过期的话就去底层系统得到新数据并更新缓存。

缓存降级

当访问量剧增、服务出现问题（如响应时间慢或不响应）或非核心服务影响到核心流程的性能时，仍然需要保证服务还是可用的，即使是有损服务。系统可以根据一些关键数据进行自动降级，也可以配置开关实现人工降级。

降级的最终目的是保证核心服务可用，即使是有损的。而且有些服务是无法降级的。

在进行降级之前要对系统进行梳理，看看系统是不是可以丢卒保帅；从而梳理出哪些必须誓死保护，哪些可降级；比如可以参考日志级别设置预案：

（1）一般：比如有些服务偶尔因为网络抖动或者服务正在上线而超时，可以自动降级；

（2）警告：有些服务在一段时间内成功率有波动（如在95~100%之间），可以自动降级或人工降级，并发送告警；

（3）错误：比如可用率低于90%，或者数据库连接池被打爆了，或者访问量突然猛增到系统能承受的最大阀值，此时可以根据情况自动降级或者人工降级；

（4）严重错误：比如因为特殊原因数据错误了，此时需要紧急人工降级。