缓存夺命连环问

1. 为什么要用缓存？

用缓存，主要有两个用途：高性能、高并发。

高性能

• 假设这么个场景，你有个操作，一个请求过来，吭哧吭哧你各种乱七八糟操作 MySQL，半天查出来一个结果，耗时 600ms。但是这个结果可能接下来几个小时都不会变了，或者变了也可以不用立即反馈给用户。那么此时咋办？
• 缓存啊，折腾 600ms 查出来的结果，扔缓存里，一个 Key 对应一个 Value，下次再有人查，别走 MySQL 折腾 600ms 了，直接从缓存里，通过一个 Key 查出来一个 Value，2ms 搞定。性能提升 300 倍。
• 就是说对于一些需要复杂操作耗时查出来的结果，且确定后面不怎么变化，但是有很多读请求，那么直接将查询出来的结果放在缓存中，后面直接读缓存就好。

高并发

• MySQL这么重的数据库，压根儿设计不是让你玩儿高并发的，虽然也可以玩儿，但是天然支持不好。MySQL 单机支撑到2000QPS(每秒查询率)也开始容易报警了。
• 所以要是你有个系统，高峰期一秒钟过来的请求有 1 万，那一个 mysql 单机绝对会死掉。你这个时候就只能上缓存，把很多数据放缓存，别放 mysql。缓存功能简单，说白了就是Key-Value式操作，单机支撑的并发量轻松一秒几万十几万，支撑高并发 so easy。单机承载并发量是 MySQL单机的几十倍。

缓存是走内存的，内存天然就支撑高并发。

2. 用了缓存之后会有什么不良后果？

常见的缓存问题有以下几个：

• 缓存与数据库双写不一致
• 缓存血崩、缓存穿透、缓存击穿
• 缓存并发竞争 

缓存血崩、缓存穿透、缓存击穿知识铺垫： 

缓存雪崩(Cache Avalanche)

• 对于系统 A，假设每天高峰期每秒 5000 个请求，本来缓存在高峰期可以扛住每秒 4000 个请求，但是缓存机器意外发生了全盘宕机。缓存挂了，此时 1 秒 5000 个请求全部落数据库，数据库必然扛不住，它会报一下警，然后就挂了。此时，如果没有采用什么特别的方案来处理这个故障，DBA 很着急，重启数据库，但是数据库立马又被新的流量给打死了。

这就是缓存雪崩。

缓存穿透(Cache Penetration)

• 对于系统 A，假设一秒 5000 个请求，结果其中 4000 个请求是黑客发出的恶意攻击。
• 黑客发出的那 4000 个攻击，缓存中查不到，每次你去数据库里查，也查不到。
• 举个栗子。数据库 id 是从 1 开始的，结果黑客发过来的请求 id 全部都是负数。这样的话，缓存中不会有，请求每次都“视缓存于无物”，直接查询数据库。这种恶意攻击场景的缓存穿透就会直接把数据库给打死。

 

缓存击穿(Hotspot Invalid)

• 缓存击穿，就是说某个 key 非常热点，访问非常频繁，处于集中式高并发访问的情况，当这个 key 在失效的瞬间，大量的请求就击穿了缓存，直接请求数据库，就像是在一道屏障上凿开了一个洞。
• 解决方式也很简单，可以将热点数据设置为永远不过期；或者基于 redis or zookeeper 实现互斥锁，等待第一个请求构建完缓存之后，再释放锁，进而其它请求才能通过该 key 访问数据。

3. 为啥Redis单线程模型也能效率这么高？

• 纯内存操作
• 核心是基于非阻塞的IO多路复用机制
• C语言实现，一般来说，C语言实现的程序"距离"操作系统更新，执行速度相对会更快
• 单线程反而避免了多线程的频繁上下文切换的问题，预防了多线程可能产生的竞争问题。

4. redis 的并发竞争问题是什么？如何解决这个问题？了解 redis 事务的 CAS 方案吗？ 

• 某个时刻，多个系统实例都去更新某个 key。
• 可以基于 zookeeper 实现分布式锁。每个系统通过 zookeeper 获取分布式锁，确保同一时间，只能有一个系统实例在操作某个 key，别人都不允许读和写。

• 你要写入缓存的数据，都是从 mysql 里查出来的，都得写入 mysql 中，写入 mysql 中的时候必须保存一个时间戳，从 mysql 查出来的时候，时间戳也查出来。

• 每次要写之前，先判断一下当前这个 value 的时间戳是否比缓存里的 value 的时间戳要新。如果是的话，那么可以写，否则，就不能用旧的数据覆盖新的数据。