面试题：Redis在MySQL读多写少场景中如何实现缓存加速

Question

请详细阐述在MySQL读多写少场景下，Redis作为缓存是怎样加速数据访问的，包括数据读取和更新的流程，以及可能会遇到的问题和解决方案。

Answer 1

数据读取流程

1. 客户端请求：客户端向应用程序发起数据读取请求。
2. 缓存查询：应用程序首先查询Redis缓存。如果缓存中有对应的数据（命中），直接将数据返回给客户端，这极大地提高了响应速度，因为Redis是基于内存的，读写速度极快。
3. 缓存未命中：若Redis中没有所需数据（未命中），应用程序会去MySQL数据库查询。从MySQL获取数据后，一方面将数据返回给客户端，另一方面将数据写入Redis缓存，以便后续相同请求可以直接从缓存获取，这个过程称为缓存预热。

数据更新流程

1. 客户端请求更新：客户端向应用程序发起数据更新请求。
2. 更新数据库：应用程序先更新MySQL数据库中的数据，确保数据的持久化和一致性。
3. 更新缓存：更新完数据库后，应用程序需要更新Redis缓存中的数据。常见策略有两种：
   • 先更新数据库，再删除缓存：先执行数据库的更新操作，成功后删除Redis中对应的缓存数据。下次读取时缓存未命中，会重新从数据库读取并更新缓存。
   • 先删除缓存，再更新数据库：先删除Redis中的缓存数据，然后进行数据库的更新操作。但这种方式可能在删除缓存后，更新数据库前有其他读请求，导致读到旧数据。

可能遇到的问题及解决方案

1. 缓存穿透
   • 问题描述：恶意请求频繁查询不存在的数据，每次都绕过缓存直接访问数据库，导致数据库压力过大。
   • 解决方案：
     • 布隆过滤器：在缓存之前使用布隆过滤器，将数据库中已存在的键存放在布隆过滤器中。当请求过来时，先经过布隆过滤器判断，如果不存在则直接返回，不会查询数据库。
     • 空值缓存：当查询数据库发现数据不存在时，也将空值写入缓存，并设置较短的过期时间，这样后续相同请求直接从缓存获取空值，避免重复查询数据库。
2. 缓存雪崩
   • 问题描述：大量缓存数据在同一时间过期，导致后续大量请求直接访问数据库，造成数据库压力骤增甚至崩溃。
   • 解决方案：
     • 设置随机过期时间：在设置缓存过期时间时，给每个缓存项加上一个随机的过期时间偏移量，避免大量缓存同时过期。
     • 二级缓存：采用主从缓存或多级缓存策略，当一级缓存失效时，二级缓存可以继续提供服务，减轻数据库压力。
3. 缓存击穿
   • 问题描述：热点数据的缓存过期瞬间，大量请求同时访问，这些请求都会绕过缓存直接访问数据库，造成数据库压力瞬间增大。
   • 解决方案：
     • 互斥锁：在缓存失效时，使用互斥锁（如Redis的SETNX命令）保证只有一个请求去查询数据库并更新缓存，其他请求等待。等更新完缓存后，其他请求可以直接从缓存获取数据。
     • 永不过期：对于热点数据设置永不过期，通过后台异步线程定时更新缓存数据，避免缓存过期瞬间的高并发请求。