面试题：缓存设计之中等难度：缓存系统压力测试指标及简单调优

Question

在缓存系统压力测试中，常见的性能指标有哪些？当发现缓存命中率较低时，你会采取哪些初步的性能调优方法？

Answer 1

常见性能指标

1. 缓存命中率：缓存命中次数与总请求次数的比率，反映缓存的有效性。计算公式：缓存命中率 = 缓存命中次数 / （缓存命中次数 + 缓存未命中次数）。
2. 吞吐量：单位时间内系统能够处理的请求数量，衡量系统的处理能力。
3. 响应时间：从发出请求到收到响应所花费的时间，体现系统的响应速度。一般关注平均响应时间、最大响应时间和最小响应时间。
4. 带宽利用率：缓存系统使用的网络带宽占总可用带宽的比例，反映网络资源的使用情况。

缓存命中率低时的初步性能调优方法

1. 调整缓存策略
   • 优化缓存过期时间：检查缓存项的过期时间设置是否合理。对于不经常变化的数据，适当延长过期时间；对于频繁变化的数据，根据实际业务需求调整过期时间，避免过早过期导致缓存未命中。
   • 更换缓存淘汰算法：如果当前使用的缓存淘汰算法（如LRU、FIFO等）不能很好地适应业务访问模式，可以尝试更换为更合适的算法。例如，对于访问频率具有明显时间局部性的场景，LRU可能更合适；而对于一些对顺序有要求的场景，FIFO可能需要调整或更换。
2. 优化缓存数据结构
   • 分析热点数据：通过日志分析或监控工具，找出经常被访问的热点数据。将这些热点数据设置为永不过期（如果业务允许），或者提高它们在缓存中的优先级，避免被过早淘汰。
   • 调整缓存粒度：检查缓存数据的粒度是否合适。如果粒度太大，可能会导致缓存空间浪费，且一些小的变动就需要更新整个缓存项；如果粒度太小，可能会增加缓存管理的开销。根据业务需求，合理调整缓存粒度。
3. 检查业务逻辑
   • 减少不必要的缓存穿透：缓存穿透指查询一个不存在的数据，每次都绕过缓存直接查询数据库。可以采用布隆过滤器等方式，在查询前先判断数据是否存在，避免无效查询穿透到数据库，同时也提高缓存命中率。
   • 避免缓存雪崩：缓存雪崩指大量缓存项在同一时间过期，导致大量请求直接访问数据库。可以通过设置不同的过期时间（例如在原过期时间基础上加上一个随机值），使缓存过期时间分散，避免集中过期。