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在系統設計時，如果能預先看到一些問題，並在設計層面提前解決，就會給後期的開發帶來很大的便捷。
一、Session共享問題
單系統中的Session對象可以直接保存在內存中，但在分佈式或集羣環境下，多個不同的節點就要採取措施來共享Session對象，具體可以使用以下幾種方式。
1.Session Replication
Session Replication 是指在客戶端第一次發出請求後，處理該請求的服務端就會創建一個與之對應的Session對象，用於保存客戶端的狀態信息，之後爲了讓其他服務端也能保存一份此Session對象，就需要將此Session對象在各個服務端節點之間進行同步，如圖1所示。
2.Session Sticky
Session Sticky是通過Nginx等負載均衡工具對各個用戶進行標記（例如對Cookie標記），使每個用戶在經過負載均衡工具後都請求固定的服務節點，如圖2所示。
3.獨立Session服務器
可以將系統中所有的Session對象都存放到一個獨立的Session服務中，之後各個應用服務再分別從這個Session服務中獲取需要的Session對象，如圖3所示。在大規模分佈式系統中，就推薦使用這種獨立Session服務方式。並且這種方式在存儲Session對象時，既可以用數據庫，也可以使用各種分佈式或集羣存儲系統。
二、緩存穿透與緩存雪崩問題
緩存可以在一定程度上緩解高併發造成的性能問題，但在一些特定場景下緩存自身也會帶來一些問題，比較典型的就是緩存穿透與緩存雪崩問題。
1.緩存穿透
緩存穿透是指大量查詢一些數據庫中不存在的數據，從而影響數據庫的性能。例如Redis等KV存儲結構的中間件可以作爲MySQL等數據庫的緩存組件，但如果某些數據沒有被Redis緩存卻被大量的查詢，就會對MySQL帶來巨大壓力，如圖4所示。
理解了緩存穿透的原因後，解決思路就已經明確了，舉例如下。
1）攔截非法的查詢請求，僅將合理的請求發送給MySQL。
如，可以使用驗證碼、IP限制等手段限制惡意攻擊，並用敏感詞過濾器等攔截不合理的非法查詢。
2）緩存空對象。
如，假設在iphone9上市後，可能會導致大量用戶搜索iphone9，但此時Redis和MySQL中還沒有iphone9這個詞。將數據庫中不存在的iphone9也緩存在Redis中，如Key=iphone9,value=””。之後當用戶再次搜索iphone9時，就可以直接從Redis中拿到結果，從而避免對MySQL的訪問，如圖5所示。
提示：爲了減少Redis對大量空對象的緩存，可以適當減少空對象的過期時間。
3）建立數據標識倉庫。
將MySQL中的所有數據的name值都映射成hash值，例如可以將“商品表”中的商品名“iphone8”映射成MD5計算出來的hash值，然後再將全部name的hash值放入Redis中，從而構建出一個“數據庫中所有可查數據的hash倉庫”。
之後，每次在查詢MySQL之前都會先查詢這個hash倉庫，如果要查詢數據的hash值存在於倉庫中，再進入MySQL做真實的查詢，如果不存在則直接返回。需要注意的是，由於不同數據的hash值在概率上時可能相同的，因此可能會漏掉對個別數據的攔截，如圖6中的“B”。
2.緩存雪崩
除了緩存穿透以外，在使用緩存時還需要考慮緩存雪崩的情況。緩存雪崩是指由於某種原因造成Redis突然失效，從而造成MySQL瞬間壓力驟增，進而嚴重影響MySQL性能甚至造成MySQL服務宕機。
可參考使用以下解決方案：
1）搭建Redis集羣，保證高可用；
2）避免大量緩存對象的key集中失效，盡力讓過期時間分配均勻一些，例如，可以給各個緩存的過期時間乘一個隨機數；
3）通過隊列、鎖機制等控制併發訪問MySQL的線程數。
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原文發佈時間：2020-07-28
本文作者：互聯網架構師
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