面试题：缓存设计之缓存与函数计算的性能优化

Question

在高并发场景下，缓存系统与函数计算集成后可能会出现缓存穿透、缓存雪崩等问题。请分析这些问题对函数计算性能的影响，并提出至少两种针对性的优化方案。同时说明在优化过程中如何平衡缓存命中率和计算资源的消耗。

Answer 1

缓存穿透对函数计算性能的影响

1. 性能下降：缓存穿透指查询一个不存在的数据，每次请求都绕过缓存直接到数据库，大量此类请求会使数据库压力剧增，进而影响函数计算从数据库获取数据的速度，造成函数计算整体性能下降。
2. 资源浪费：函数计算频繁调用数据库接口，消耗计算资源，如CPU、内存等，却未得到有效数据缓存，导致资源浪费。

缓存雪崩对函数计算性能的影响

1. 瞬间压力增大：缓存雪崩指大量缓存同时失效，大量请求同时穿透缓存到数据库，数据库瞬间承受巨大压力，可能导致数据库响应缓慢甚至崩溃，函数计算等待数据库响应时间大幅增加，性能严重下降。
2. 计算资源耗尽：为处理大量请求，函数计算需要消耗大量计算资源，可能导致计算资源耗尽，无法正常处理其他请求。

优化方案

1. 缓存穿透优化方案
   • 布隆过滤器：在缓存和数据库间加布隆过滤器，查询数据时先经布隆过滤器判断，若不存在则直接返回，避免无效查询到数据库，减少函数计算对数据库的访问，提高性能。
   • 空值缓存：查询不存在的数据时，在缓存中设置空值及较短过期时间，下次查询相同数据直接从缓存返回，减少数据库查询，但要注意空值过期时间设置，避免影响数据更新。
2. 缓存雪崩优化方案
   • 随机过期时间：设置缓存过期时间时，采用随机值，避免大量缓存同时过期，分散缓存失效时间，减轻数据库瞬间压力，保证函数计算稳定获取数据。
   • 二级缓存：使用主从缓存，主缓存失效时从二级缓存获取数据，二级缓存可设置较长过期时间，减少数据库查询，提高函数计算性能。

平衡缓存命中率和计算资源消耗

1. 合理设置缓存参数：根据数据访问频率和更新频率设置缓存过期时间，高频访问且不易更新的数据设置较长过期时间，提高缓存命中率；低频访问或易更新的数据设置较短过期时间，减少缓存不一致问题，同时避免计算资源浪费。
2. 监控与动态调整：实时监控缓存命中率和计算资源使用情况，如发现缓存命中率低且计算资源消耗大，调整缓存策略，如增加缓存数据量、优化缓存结构；若缓存命中率高但计算资源仍紧张，检查函数计算本身逻辑是否存在优化空间。
3. 按需使用缓存：对不同类型数据区别对待，重要且频繁访问的数据优先缓存；对不常用或临时数据可不缓存，避免占用过多缓存空间，同时减少缓存维护带来的计算资源消耗。