redis高并发问题以及解决方案

本文探讨了高并发场景下缓存与数据库交互时出现的读操作问题(如缓存穿透、击穿和雪崩)及写操作问题(如数据库双写不一致),并提出了多种解决方案,包括延时双删、队列处理和分布式锁等。

1.高并发读操作问题

1.1缓存穿透

指访问一个缓存和数据库中都不存在的key,由于这个key在缓存中不存在,则会到数据库中查询,数据库中也不存在该key,无法将数据添加到缓存中,所以每次都会访问数据库导致数据库压力增大。

  • 解决方法
  1. 将空key添加到缓存中。
  2. 一般对于这种访问可能由于遭到攻击引起,可以对请求进行身份鉴权、数据合法行校验等。

1.2缓存击穿

指大量请求访问缓存中的一个key时,该key过期了,导致这些请求都去直接访问数据库,短时间大量的请求可能会将数据库击垮。

  • 解决方法
  1. 添加互斥锁或分布式锁,让一个线程去访问数据库,将数据添加到缓存中后,其他线程直接从缓存中获取。
  2. 热点数据key不过期,定时更新缓存,但如果更新出问题会导致缓存中的数据一直为旧数据。

1.3缓存雪崩

指在系统运行过程中,缓存服务宕机或大量的key值同时过期,导致所有请求都直接访问数据库导致数据库压力增大。

  • 解决方法
  1. 将key的过期时间打散,避免大量key同时过期。
  2. 对缓存服务做高可用处理
  3. 加互斥锁,同一key值只允许一个线程去访问数据库,其余线程等待写入后直接从缓存中获取。

2.高并发写问题

2.1数据库双写不一致问题

  • 正常请求(双写)
    在这里插入图片描述
  • 异常情况, 场景1, 更新缓存
    在这里插入图片描述
  • 正常情况下(写,读)

在这里插入图片描述
缓存和数据库数据不一致问题情况2
在这里插入图片描述

2.2双写不一致问题解决方案

2.2.1延时双删

修改完数据库数据之后删除对应缓存,延时时候再删缓存

2.2.2队列

采用队列的方式将并行请求转换成串行(影响性能)

2.2.3分布式锁

Redis实现分布式锁的7种方案,及正确使用姿势!

### Redis 高并发场景下的安全性解决方案最佳实践 在高并发环境下,Redis 的性能和可靠性使其成为许多应用的核心组件。然而,在这种环境中也存在一些潜在的安全性和稳定性问题。以下是针对这些问题的最佳实践: #### 1. 使用连接池管理客户端请求 为了减少频繁创建和销毁连接带来的开销,可以采用连接池技术来优化 Redis 客户端的访问方式。通过限制最大连接数并重用现有连接,能够有效降低资源消耗以及提高系统的响应速度[^1]。 #### 2. 实施分片策略以扩展存储容量 当单台 Redis 实例无法满足海量数据的需求时,可以通过引入集群模式或者手动实现键空间分区的方法来进行水平扩展。这样不仅可以增加总的可用内存大小,还能分散读写压力从而提升整体吞吐量[^2]。 #### 3. 启用身份验证机制保护服务免受未授权访问威胁 默认情况下,新安装好的 Redis 并不会强制要求用户提供密码才能执行命令操作。因此建议管理员设置复杂的认证字符串并通过配置文件指定 AUTH 参数值的方式增强外部接口调用过程中的权限校验强度。 #### 4. 设置合理的过期时间防止缓存击穿现象发生 如果某些热点 key 被大量用户同时请求而恰好又处于失效状态,则可能会导致后端数据库瞬间承受巨大负载甚至崩溃的情况出现(即所谓的“ 缓存雪崩 ”)。为了避免这种情况的发生,应该合理规划 TTL(Time To Live),使得不同记录之间具有随机分布的有效期限结构。 #### 5. 应用限流算法控制瞬时流量峰值 即使经过上述措施处理之后仍然可能出现短时间内的突发性高峰访问情形下超出硬件承载能力范围之外的现象 。此时可考虑部署令牌桶/漏斗等经典速率限制模型 ,按照预定义规则拒绝多余的请求数目进而维持正常业务流程不受干扰。 ```python import time from redis import Redis def rate_limiter(user_id, max_requests=10, interval=60): r = Redis() current_time = int(time.time()) pipe = r.pipeline() pipe.zadd(f"user:{user_id}", {current_time: current_time}) pipe.zremrangebyscore(f"user:{user_id}", 0, current_time - interval) remaining = max_requests - pipe.zcard(f"user:{user_id}") pipe.execute() return remaining >= 0 ```
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