什么是分布式缓存
分布式缓存是指将缓存数据，分布在多个节点上的缓存系统，这就是分布式缓存。
分布式缓存特点
相对于本地应用缓存，分布式缓存具有如下4大特性:
1.高性能
分布式缓存将高速内存作为数据对象的存储介质，分布式缓存通常采用键值对存储，可以快速地读取和写入缓存数据。
2.动态扩展性
分布式缓存可以提高应用程序的性能和可伸缩性，因为缓存数据可以从多个节点中获取，从而减少了单个节点的负载。
3.高可用性
因采用多节点存储，数据可用性较高，确保不会因服务器故障而导致缓存服务中断或数据丢失。
4.易用性
多数缓存系统提供了图形化的管理控制台，便于统一维护。
分布式缓存核心问题
分布式缓存面临比较大的问题，如下：
1.缓存雪崩
数据未加载到缓存中，或者缓存同一时间大面积的失效，从而导致所有请求都去查数据库，导致数据库CPU和内存负载过高，严重的时候会导致数据库宕机，无法提供数据服务，最终导致系统崩溃。
如下图所示：
比如一个雪崩的简单过程：
1)缓存失效，但依然大量请求访问缓存服务redis；
2)redis大量失效后，大量请求转向到mysql数据库;
3)mysql的调用量暴增，很快就扛不住了，甚至直接宕机;
由于大量的应用服务依赖mysql和redis的服务，这个时候很快会演变成各服务器集群的雪崩，最后网站彻底崩溃。
2.缓存穿透
查询一个必然不存在的数据，查询一个必然不存在的key，每次都会访问DB，如果有人恶意破坏，那么很可能直接对DB造成影响。
例如：从缓存redis没有命中，需要从mysql数据库查询，查不到数据则不写入缓存，这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询，造成缓存穿透。
为了防止缓存穿透攻击，可以采取以下措施：
- Bloom filter：使用Bloom filter算法来过滤掉不合法的请求。Bloom filter是一种快速、高效的数据结构，可以判断一个元素是否存在于一个集合中。
- 缓存空对象：当缓存中没有查询的key对应的值时，可以将一个空对象放入缓存中，这样下次查询同样的key时就会返回空对象，而不会再次访问数据库。
- 限制请求频率：限制同一IP的请求频率，防止攻击者发送大量的恶意请求。
- 使用云防护服务：使用云防护服务来防止恶意攻击者对系统进行攻击。这些服务通常使用机器学习和人工智能算法来检测和阻止攻击。
3.缓存预热
缓存预热就是系统上线后，将相关的缓存数据直接加载到缓存系统。
这样就可以避免在用户请求的时候，先查询数据库，然后再将数据缓存的问题，用户直接查询事先被预热的缓存数据。
解决思路：
1)直接写个缓存刷新页面，上线时手工操作下。
2)数据量不大，可以在项目启动的时候自动进行加载。
目的就是在系统上线前，将数据加载到缓存中。
4.缓存淘汰策略
在缓存数据过多的时候，需要使用某种淘汰算法来决定淘汰哪些数据，常用的淘汰算法如下：
FIFO（First In First Out）：先进先出算法，判断存储时间，离当前时间越久的数据越有限被淘汰。
LRU（Least Recently Used）：最近最少使用算法，判断缓存最近被使用的时间，距离当前时间越远的数据优先被淘汰。
LFU（Least Frequently Used）：最不经常使用算法，在一段时间内被使用次数最少的数据缓存优先被淘汰。
分布式缓存技术
常用的分布式缓存包括Redis和Memcached。
1.Memcached
Memcached是一个开源的，高性能的内存绶存软件，从名称上看Mem就是内存的意思，而Cache就是缓存的意思。
Memcached是一个高性能的分布式内存对象缓存系统，用于动态Web应用以减轻数据库负载。
Memcached通过在内存中缓存数据和对象来减少读取数据库的次数，从而提高动态、数据库驱动网站的速度。
2.Redis
Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。
特点：
Redis支持多种类型的数据结构，最常用的5大数据类型，如下图所示：
Redis的持久化机制有3种：
1.RDB(Redis Data Base) 内存快照
RDB 快照是一次全量备份，RDB快照是内存数据的二进制序列化形式，在存储上非常紧凑。
2.AOF(Append Only File) 增量日志
AOF 则是将每次执行的写命令保存到硬盘，类似于 MySQL 的 Binlog，AOF 持久化的实时性更好，即当进程意外退出时丢失的数据更少。
3.RDB AOF混合持久化
Redis4.0 后大部分的使用场景都不会单独使用 RDB 或者 AOF 来做持久化机制，而是兼顾二者的优势混合使用。
分布式缓存应用
分布式缓存的应用场景如下：
用作缓存，由于内存的操作，可以减少数据库频繁访问读取的压力。
分布式锁，分布式锁的方案很多，基于Redis实现的分布式锁一般用得最多。
用于计数器 ，基于incr原理每次访问不断累加，可以统计网站访问量，阅读量，点击量等。
用于分布式限流 ，基于incr和expire原理 通过累计单位时间请求次数达到限流。
除此之外可以用于排行、购物车等。
以上就是分布式缓存详解，更多分布式系统方案，请查看：史上最强分布式系统详解(非常全面)。
陈睿mikechen
10年+大厂架构经验，资深技术专家，就职于阿里巴巴、淘宝、百度等一线互联网大厂。
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