[个人感悟] 缓存应该考察哪些问题?

前言

缓存, 根据冯诺依曼计算机模型, 无非是为了更高效的交互, 使用内存IO替换本地磁盘IO. 又因为内存的稀缺性, 其必然存储的是热点数据, 且较小的数据. [虽然直至今日, 已有使用缓存作为数据库的使用, 但是与磁盘IO相比, 其价格仍是数倍之多.]

当涉及缓存问题时, 又分为本地缓存和分布式缓存, 此2个方向. 且对于缓存而言, 除了询问其基本使用外, 还会寻味其中相关的经典问题, 缓存击穿&缓存穿透&缓存雪崩, 以及如何保证缓存一致性. 这2个经典问题.

问题

问题 – 缓存

• 为什么需要缓存, 缓存的意义和底层原理是什么?
• 讲一讲你常用的缓存工具? [单机 & 分布式]

问题 – 本地缓存

• 常用的本地缓存是什么? Spring 默认提供的缓存实现是什么?

问题 – Redis(1)

• 为什么要使用Redis缓存? (Redis 缓存的优势)
• Redis是单线程还是多线程? 如何理解?
• Redis 常见的数据类型有哪些? 各有哪些运行场景?
• Redis 高级数据类型? 各有哪些运行场景?

问题 – Redis(2)

• 如何使用Redis实现分布式锁?
• 是否使用过Redis事务?生产过程中是否使用? [为什么不使用]
• Reids持久化方式有哪些? 其有什么区别和优势?
• 讲一讲Redis的渐进式Rehash过程?
• Redis的过期策略有哪些?
• Redis bgsave的同步策略有了解么?
• Redis 是否使用keys命令? 其会导致什么影响?
• Redis 如何计算key的大小, 并实施监控?
• Redis 主从, 哨兵, 集群问题. 介绍下这3种架构的区别和优势?

问题 – 缓存经典问题

• 什么是缓存穿透? 如何解决?
• 什么是缓存击穿? 如何解决?
• 什么是缓存雪崩? 如何解决?
• 什么是缓存热点数据预热? 通常解决什么问题?
• 多级缓存架构问题?
• 如何保证Mysql和Redis缓存的双写一致性?
• 什么是BigKey? 如何解决?
• 什么是热点Key? 如何解决?

解答

Redis相关的问题个人认为不再赘述. 其基本都有现成的解决策略. 这里捡主要的问题进行回答.

问题 – 本地缓存

Spring 3.x使用Guava作为本地缓存默认实现, 4.x使用CaffeineCache.

解答-Redis

• 如何使用Redis实现分布式锁?

问题一般是: “你们开发过程种如何使用Redis的?” 其中回答可以引申至Redis锁. 关于Redis锁, 其Redission包内有非常成功的实现. 其要点如下:

1. 设置单一锁. 锁仅第一个申请线程才可以获取.
2. 设置锁自动失效时间. 考虑如果申请线程失效, 无法自动释放锁, 导致死锁.
3. 设置守护线程, 对锁进行续约. watchdog策略, 可以使用时间轮进行优化定时任务.
4. 设置获取锁线程. 必须由当前线程对锁进行释放.
5. 设置获取锁线程. 当前线程可以重入锁.

解答-缓存经典问题

缓存穿透, 缓存击穿, 缓存雪崩. 基本是缓存常见的3个实战问题. 笔者之前常常分不清穿透和击穿, 这里给出一个小技巧.
穿透, 强调的是大量无效Key, 导致缓存似乎无用.
击穿. 强调是大量请求访问数据库. 导致突然的流量异常.

• 什么是缓存穿透? 如何解决?

根据上述描述. 缓存穿透, 某些用户经常查询不存在的key, 导致多次访问数据库. 好似缓存不存在, 请求透过缓存, 直接访问数据库. 其解决方式主要有2种:

1. 如果无用键较少. 可以使用 unknow_key=null.的策略进行预防.
2. 使用布隆过滤器. 已存在键进行写入时, 需要更新布隆过滤器的bitmap.
3. 如果是黑客攻击等. 需要设置相关黑白名单进行防御.

• 什么是缓存击穿? 如何解决?

根据上述描述. 缓存击穿, 指某一常用的key失效, 导致多个请求, 同时对于数据库进行访问. 导致数据库压力过大.
其主要解决方式主要有2种:

1. 热点key设置永不过期.
2. 热点数据请求时, 设置锁. 仅使用一个线程进行获取并更新缓存, 其余线程唤醒后, 优先请求缓存数据.

• 什么是缓存雪崩? 如何解决?

缓存雪崩. 多个热点数据同时失效, 导致大量缓存失效. 其主要解决方式2种:

1. 热点key设置永不过期.
2. 缓存时间设置 当前时间+[1-5分钟随机数] 可以使用框架完成.

• 什么是缓存热点数据预热? 通常解决什么问题?

这个问题一般不这么问. 一般可以作为项目优化点和亮点进行. 热点数据预热, 即项目启动时, 或者秒杀活动等开启前, 将需要秒杀或者使用的数据提前放置缓存, 放置进行备动添加. 优点是提升效率. 缺点是可能导致部分非核心数据写入缓存.

• 多级缓存架构问题?

多级缓存通常指. Mysql – Java程序本地缓存 – Redis.

1. 缓存访问. 本地 – Reids – Mysql顺序.
2. 缓存更新. Mysql更新 – Reids失效 – 本地失效

• 如何保证Mysql和Redis缓存的双写一致性?
  更新Mysql后, 使Redis内缓存失效. 用户再次命中时, 再次写入缓存.