中年|图解 | 什么是缓存系统“三座大山”？ |系统|图解|

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无处不在的缓存

缓存在计算机系统是无处不在，在CPU层面有L1-L3的Cache ，在Linux中有TLB加速虚拟地址和物理地址的转换，在浏览器有本地缓存、手机有本地缓存等。

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可见，缓存在计算机系统中有非常重要的地位，其主要作用是提高响应速度、减少磁盘访问等，本文主要讨论在高并发系统中的缓存系统。
一句话概括缓存系统在高并发系统中的地位的话：如果高并发系统是烤羊肉串，那么缓存系统就是那一撮孜然。

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高并发系统中的缓存
2.1 缓存系统的作用缓存系统在高并发系统的作用很大，在某种程度上可以说没有缓存系统很难支撑高并发场景。
基于机械磁盘或SSD的数据库系统，一般来说读写的速度远慢于内存，因此单纯磁盘介质的数据库无法支撑很高的并发，可以简单认为缓存是保护磁盘数据库的重要屏障。
对于一些基于LSM的存储引擎数据库来说，随机写改为顺序写速度提升很大，但是随机读仍然是个问题，所以缓存系统是很有必要的。

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2.2 缓存系统访问流程

实际场景也是读多写少，看看请求是如何得到响应的，简单看下交互流程：

请求到达之后，业务线程首先访问缓存，如果缓存命中则返回
如果未命中则继续请求磁盘数据库系统，获取数据返回
从磁盘获取数据后将结果回写到缓存系统且增加老化时间，为下次请求做准备

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以上是高并发系统中缓存和磁盘数据库系统、客户端请求之间的交互过程，后续的问题分析，也是基于此过程展开的。
缓存系统的三大问题网络上对于缓存三大问题的文章很多，提到的三个问题主要是：

缓存雪崩 Cache Avalanche
缓存穿透 Cache Penetration
缓存击穿 Hotspot Invalid

对于上面的三个名词我一直分不清楚，脑海中并没有清晰的区别。
于是想到去谷歌看看歪果仁是怎么说的，然而英文表述就是上面的英文，基本上和汉语翻译是一样的，所以只能强记，太难了。

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3.1 缓存雪崩问题所谓雪崩就是原来有所支撑的冰雪，某一瞬间失去依托，瞬间涌下来。

这个场景让我想起了2011年上映的柯南剧场版《沉默的十五分钟》，柯南在北泽村水库为了拯救村庄制造的雪崩：

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可见雪崩确实很可怕，回到高并发系统，如果缓存系统故障，大量的请求无法从缓存完成数据请求，就全量汹涌冲向磁盘数据库系统，导致数据库被打死，整个系统彻底崩溃。
3.2 缓存雪崩解决方案造成缓存雪崩的主要原因是缓存系统不够高可用，因此提高缓存系统的稳定性和可用性十分必要，比如对于使用Redis作为缓存的系统而言可以使用哨兵机制、集群化、持久化等来提高缓存系统的HA 。
除了保证缓存系统的HA之外，服务本身也需要支持降级，可以借助比如Hystrix来实现服务的熔断、降级、限流来降低出现雪崩时的故障程度。