面试题：Redis多维度限流存储结构优化中缓存击穿问题及解决方案

Question

在Redis多维度限流存储结构优化过程中，缓存击穿是一个常见问题。请描述缓存击穿在这种场景下的具体表现，并给出至少两种有效的解决方案，同时分析每种方案的优缺点。

Answer 1

缓存击穿在Redis多维度限流存储结构优化场景下的表现

当有一个热点数据（例如某个热门商品的抢购接口对应的限流数据），在其缓存过期的瞬间，大量的请求同时访问该数据，由于缓存中没有该数据，这些请求会直接穿透到后端数据库（或其他限流策略存储处），可能导致数据库压力剧增甚至崩溃，进而影响整个系统的稳定性。

解决方案及优缺点分析

1. 互斥锁方案
   • 实现方式：在缓存失效时，先获取一把互斥锁（例如使用Redis的SETNX命令），只有获取到锁的请求才能去查询后端数据并更新缓存，其他请求则等待。获取锁的请求更新完缓存后释放锁，其他等待的请求再次尝试获取锁，此时缓存已更新，可直接从缓存获取数据。
   • 优点：
     • 实现相对简单，易于理解和编码。
     • 能有效防止大量请求同时穿透到后端，减轻后端压力。
   • 缺点：
     • 性能问题，由于需要等待获取锁，会增加请求的响应时间。
     • 可能存在死锁风险，如果获取锁的线程在更新缓存前出现异常，未能释放锁，会导致其他线程一直等待。
2. 热点数据永不过期方案
   • 实现方式：对于热点数据设置一个较长的过期时间，或者不设置过期时间。同时在后台开启一个定时任务（例如使用Redis的发布订阅机制或外部定时任务框架），定期去更新这些热点数据的缓存。
   • 优点：
     • 不会出现缓存击穿问题，因为热点数据一直存在于缓存中。
     • 性能较好，请求无需等待锁，可直接从缓存获取数据。
   • 缺点：
     • 占用较多的缓存空间，因为热点数据长时间不释放。
     • 数据可能存在一定时间的不一致性，从定时任务更新缓存到下次更新之间，数据可能是旧的。
3. 二级缓存方案
   • 实现方式：设置两级缓存，一级缓存为常用的快速缓存（如Redis），二级缓存为相对慢一些但容量较大的缓存（如Memcached或本地缓存）。当一级缓存失效时，先从二级缓存获取数据，如果二级缓存也没有，则查询后端数据并同时更新一级和二级缓存。
   • 优点：
     • 降低了直接穿透到后端的风险，因为有二级缓存兜底。
     • 可以根据业务需求灵活调整两级缓存的策略，例如设置不同的过期时间等。
   • 缺点：
     • 增加了系统复杂度，需要维护两级缓存的一致性。
     • 由于涉及到两级缓存的查询，可能会增加一定的响应时间。