高并发系统设计的 2 个要点,一定要看!

云栖号资讯小哥 2020-07-28

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在系统设计时,如果能预先看到一些问题,并在设计层面提前解决,就会给后期的开发带来很大的便捷。

一、Session共享问题

单系统中的Session对象可以直接保存在内存中,但在分布式或集群环境下,多个不同的节点就要采取措施来共享Session对象,具体可以使用以下几种方式。

1.Session Replication

Session Replication 是指在客户端第一次发出请求后,处理该请求的服务端就会创建一个与之对应的Session对象,用于保存客户端的状态信息,之后为了让其他服务端也能保存一份此Session对象,就需要将此Session对象在各个服务端节点之间进行同步,如图1所示。

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2.Session Sticky

Session Sticky是通过Nginx等负载均衡工具对各个用户进行标记(例如对Cookie标记),使每个用户在经过负载均衡工具后都请求固定的服务节点,如图2所示。

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3.独立Session服务器

可以将系统中所有的Session对象都存放到一个独立的Session服务中,之后各个应用服务再分别从这个Session服务中获取需要的Session对象,如图3所示。在大规模分布式系统中,就推荐使用这种独立Session服务方式。并且这种方式在存储Session对象时,既可以用数据库,也可以使用各种分布式或集群存储系统。

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二、缓存穿透与缓存雪崩问题

缓存可以在一定程度上缓解高并发造成的性能问题,但在一些特定场景下缓存自身也会带来一些问题,比较典型的就是缓存穿透与缓存雪崩问题。

1.缓存穿透

缓存穿透是指大量查询一些数据库中不存在的数据,从而影响数据库的性能。例如Redis等KV存储结构的中间件可以作为MySQL等数据库的缓存组件,但如果某些数据没有被Redis缓存却被大量的查询,就会对MySQL带来巨大压力,如图4所示。

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理解了缓存穿透的原因后,解决思路就已经明确了,举例如下。

1)拦截非法的查询请求,仅将合理的请求发送给MySQL。

如,可以使用验证码、IP限制等手段限制恶意攻击,并用敏感词过滤器等拦截不合理的非法查询。

2)缓存空对象。

如,假设在iphone9上市后,可能会导致大量用户搜索iphone9,但此时Redis和MySQL中还没有iphone9这个词。将数据库中不存在的iphone9也缓存在Redis中,如Key=iphone9,value=””。之后当用户再次搜索iphone9时,就可以直接从Redis中拿到结果,从而避免对MySQL的访问,如图5所示。

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提示:为了减少Redis对大量空对象的缓存,可以适当减少空对象的过期时间。

3)建立数据标识仓库。

将MySQL中的所有数据的name值都映射成hash值,例如可以将“商品表”中的商品名“iphone8”映射成MD5计算出来的hash值,然后再将全部name的hash值放入Redis中,从而构建出一个“数据库中所有可查数据的hash仓库”。

之后,每次在查询MySQL之前都会先查询这个hash仓库,如果要查询数据的hash值存在于仓库中,再进入MySQL做真实的查询,如果不存在则直接返回。需要注意的是,由于不同数据的hash值在概率上时可能相同的,因此可能会漏掉对个别数据的拦截,如图6中的“B”。

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2.缓存雪崩

除了缓存穿透以外,在使用缓存时还需要考虑缓存雪崩的情况。缓存雪崩是指由于某种原因造成Redis突然失效,从而造成MySQL瞬间压力骤增,进而严重影响MySQL性能甚至造成MySQL服务宕机。
可参考使用以下解决方案:
1)搭建Redis集群,保证高可用;
2)避免大量缓存对象的key集中失效,尽力让过期时间分配均匀一些,例如,可以给各个缓存的过期时间乘一个随机数;
3)通过队列、锁机制等控制并发访问MySQL的线程数。

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原文发布时间:2020-07-28
本文作者:互联网架构师
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