Redis系列（八）：缓存到底该如何做到高可用？

曾经终败给现在 2022-11-29 11:19 86阅读 0赞

> 什么情况会导致缓存不可用？

1.  单点问题：

什么是单点问题呢？就是我们在使用缓存时，有时候由于 QPS、内存容量只需要一个端口（此处的一个端口是指一主一从）就可以扛住所有读写请求时，比如写 QPS 5k，读 QPS 30k，内存 5G；根据这个数据规模，DBA 在部署资源时会选择只部署一个节点。当缓存资源由于某些情况导致服务器宕机或服务不可用时，由于只部署了一个端口，从而导致当前整个应用服务不可用（这种情况之前在实际生产环境中真实发生过，直接炸裂），这就是所谓的单点问题；其实在分布式架构中，为了做到服务的高可用，要尽量去避免单点问题，做到鸡蛋尽量不放在一个篮子里来尽量保证服务的可用性。

1.  缓存穿透/缓存击穿

缓存穿透/缓存击穿是指某些时刻由于有些热 key 失效或者是过期，导致在一瞬间大量请求绕过缓存直接打到 DB 上，由于 DB 的读写 qps 并不高，从而导致 DB 直接瞬间被打挂，尤其是在微博这种应用上，突发热点流量加上缓存设计不合理导致热 key 过期，就会发生缓存击穿的情况。

1.  缓存雪崩

缓存雪崩是指由于缓存过期时间设计不合理，缓存数据过期时间集中，导致在某一时刻缓存中数据大面积过期，从而导致缓存的 miss 率大大增加，由于缓存没有拦住请求导致大量请求落到 DB 上，最终导致后端 DB 资源被彻底打挂，即使重启 DB 也会被大量请求瞬间再次打挂。

> 如何设计高可用的缓存？

1.  单点问题解决方案

首先，单端口在资源申请阶段部署为多端口的（大于一个端口），同时每个端口至少部署为一主一从且分布在不同的节点上；通过此种部署方式，会有如下几个好处：

*  假设某个从节点服务不可用时，将读请求转移到主节点上可继续提供服务，当从节点恢复后再加入到集群中继续提供服务。
 *  假设集群中某几个节点服务不可用时，此时最坏的情况也只是影响部分用户的功能使用。

其次，在多端口部署的基础上，在机房层面做到多机房灾备；此种缓存的做法是：假设一个缓存部署两份，而这两份缓存部署在不同的机房中，这样的话，即使其中一个机房发生极端情况，可以将流量切换到另外一个机房中，从而做到机房层面的高可用。

最后，可以使用一致性 hash 算法，使用机器的 ip 或者域名做 hash 操作，分布在一个虚拟的环上，同样对于 key 也做相同的 hash 操作，当 key 得到一个 hash 值后，顺时针移动直到遇到第一个节点，然后将 key 对应的 value 存储到该节点上；此种做法是节点动态上下线的时候只需要对部分 key 做 rehash 操作，但是此种方案的缺点是：节点动态上下线后，key 经过 rehash 操作后导致各个节点数据分布不均，也就导致各个节点的服务承载的压力不均不可控。

1.  缓存穿透/缓存击穿的解决方案

缓存击穿是由于热 key 失效导致的，所以第一种方案是：可以根据业务场景，选择可以将热 key 直接全部缓存到缓存中并且永远不过期，通过此种方式来避免热 key 因为过期的问题导致缓存击穿；第二种方案是：由于热 key 一般情况下并不是很多，所以我们可以考虑使用 localCache，在系统启动时，预先将热点数据全部加载到内存中，只要服务器不发生宕机就可以一直正常提供服务。

1.  缓存雪崩的解决方案

缓存雪崩是在某一时刻，缓存中数据大量集中过期导致缓存不可用，对于此种情况，一般是在缓存 key 设计时，对 key 增加一个一定时间范围内的随机时间戳，使得 key 过期分散开来，从而避免所有 key 同时过期的尴尬情况。

> 总结

本文主要介绍了实际生产环境中缓存该如何做到高可用，从而避免由于缓存不可用而导致整个系统崩溃。