12天 -- Redis 中如何保证缓存与数据库的数据一致性？Redis 中的缓存击穿、缓存穿透和缓存雪崩是什么？Redis String 类型的底层实现是什么？（SDS）

和道一文字yyds

于 2025-03-03 22:05:52 发布

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文章标签：缓存数据库 redis

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Redis 中如何保证缓存与数据库的数据一致性？

1. Cache Aside（旁路缓存模式）

读操作：先查询缓存，如果缓存命中则返回数据；若缓存未命中，则从数据库读取数据，并将数据写入缓存。
写操作：先更新数据库，再删除缓存，确保缓存中的数据无效化。

优化方法：引入分布式锁避免并发读写冲突，配合延时双删进一步保障缓存一致性。

2. Read-Through（直读缓存模式）

读操作：若缓存命中，直接返回数据；若缓存未命中，缓存系统从数据库加载数据并返回，同时更新缓存。
写操作：同时更新缓存和数据库，确保两者一致。

优化方法：增加缓存操作的重试机制，引入消息队列确保缓存更新的可靠性。

3. Write-Through（直写缓存模式）

写操作：所有写操作直接更新缓存，同时缓存负责同步更新数据库；所有读操作都通过缓存获取数据。

优化方法：引入分布式事务确保缓存和数据库更新的原子性，将失败的写操作记录到队列中稍后重试。

4. 双写策略

写操作：同时更新数据库和缓存，读操作仅从缓存获取数据。

优化方法：为缓存更新和数据库写入增加事务机制，增加幂等性校验避免缓存重复更新。

5. 延时双删策略

写操作：先删除缓存，更新数据库后，等待一定时间，再次删除缓存，确保一致性。

6. 异步消息队列同步

写操作：更新数据库后，通过消息队列发送事件通知缓存服务，异步更新或删除缓存，实现最终一致性。

优化方法：配置消息队列的持久化和重试机制，确保消息不会丢失，使用延迟队列重新尝试更新缓存。

7. Binlog 同步

原理：利用数据库 Binlog 捕获增量数据变更，实时同步缓存数据，确保缓存与数据库的一致性。

优化方法：提高 Binlog 同步的实时性，使用高性能的消息传输协议减少延迟。

8. 设置缓存过期时间

兜底方案：为 Redis 中的缓存数据设置合理的 TTL（如 30 分钟），最终强制重新加载最新数据。

9. 引入分布式锁

读写锁控制：在业务层对同一数据加分布式锁，确保读写顺序性。

10. 版本号或时间戳

版本号校验：在缓存和数据库中存储数据的版本号，更新时校验版本，确保数据一致性。

通过以上策略，可以根据具体的业务需求和系统架构选择合适的方案来保证 Redis 缓存与数据库的数据一致性。

Redis 中的缓存击穿、缓存穿透和缓存雪崩是什么？

1. 缓存击穿

概念：

指缓存中某个热点数据（频繁被访问的数据）突然过期，此时大量请求同一时间通过缓存直击数据库，导致数据库压力骤增，甚至可能崩溃。
原因：
缓存的过期时间设置不合理，导致热点数据和缓存过期时间集中在同一时刻。
高并发场景下，大量请求几乎同时到达，访问同一缓存数据。

2. 缓存穿透

概念：

指客户端请求的数据在缓存和数据库中都不存在，导致所有请求都直接穿透到数据库进行查询，增加了数据库的压力。
原因：
请求携带非法参数，例如黑客故意构造不存在的 ID 请求。
系统中存在大量不存在或无效的查询。

3. 缓存雪崩

概念：

指缓存中大量数据在短时间内同时失效，导致大量的请求在极短时间内直接访问数据库，数据库因瞬时压力过大而崩溃。
原因：
缓存服务器突然宕机，导致所有缓存数据丢失。
缓存数据的过期时间设置得过于集中，导致多个缓存数据同时过期。

Redis String 类型的底层实现是什么？（SDS）

SDS 的结构

SDS 是 Redis 用于表示字符串的底层数据结构，它由以下部分组成：

len：记录字符串的实际长度（不包括结尾的 \0）。
alloc：记录分配的总空间（不包括头部和结尾的 \0）。
flags：标志位，用于标识 SDS 的类型（如 SDS_TYPE_8、SDS_TYPE_16 等）。
buf：存储字符串内容的动态数组，末尾会自动添加 \0，以兼容 C 语言的字符串函数。

SDS 的编码类型

SDS 有三种编码类型：

embstr：占用 64 Bytes 的空间，存储 44 Bytes 的数据。embstr 结构存储小于等于 44 个字节的字符串，其内存结构是字符串 SDS 结构体与其对应的 redisObject 对象分配在同一块连续的内存空间。

raw：存储大于 44 Bytes 的数据。此时，动态字符串 SDS 的内存与其依赖的 redisObject 的内存不在连续。

int：存储整数类型。如果存储的是整数，Redis 会直接使用整数类型存储，而不是字符串。

SDS 的优点

SDS 相比传统的 C 语言字符串（char*）具有以下优点：

常数复杂度获取字符串长度：通过 len 属性可以直接获取字符串长度，时间复杂度为 O(1)。
避免缓冲区溢出：通过 alloc 属性记录分配的总空间，可以有效避免缓冲区溢出。
减少内存重分配次数：SDS 通过预分配空间的方式，减少了内存重分配的次数。
二进制安全：SDS 不依赖于字符串中的 \0 来判断字符串是否结束，因此可以存储任意二进制数据。
兼容 C 语言字符串函数：SDS 的末尾会自动添加 \0，因此可以兼容 C 语言的字符串函数。

SDS 的操作

Redis 提供了一系列函数来操作 SDS，例如：

创建 SDS：sdsnew、sdsempty
追加字符串：sdscat
复制字符串：sdscpy
释放 SDS：sdsfree
获取长度：sdslen
获取剩余空间：sdsavail

通过 SDS，Redis 的 String 类型实现了高效、安全和灵活的字符串存储和操作。