一天五道Java面试题----第九天（简述MySQL中索引类型对数据库的性能的影响---------＞缓存雪崩、缓存穿透、缓存击穿）

这里是参考B站上的大佬做的面试题笔记。大家也可以去看视频讲解！！！

文章目录

• 1、简述MySQL中索引类型对数据库的性能的影响
• 2、RDB和AOF机制
• 3、Redis的过期键的删除策略
• 4、Redis线程模型，单线程为什么这么快
• 5、缓存雪崩、缓存穿透、缓存击穿

1、简述MySQL中索引类型对数据库的性能的影响

• 普通索引：允许被索引的数据列包含重复的数据

• 唯一索引：可以保证数据记录的唯一性

• 主键：是一种特殊的唯一索引，在一张表中只能定义一个主键索引，主键用于唯一标识一条记录，使用关键字primary key来创建。

• 联合索引：索引可以覆盖多个数据列，如像INDEX(columnA,columnB)索引。

• 全文索引：通过建立倒排索引，可以极大的提升检索效率，解决判断字段是否包含的问题，是目前搜索引擎使用的一种关键技术。可以通过ALTER TABLE table_name ADD FULLTEXT（column);创建全文索引

优点：

• 索引可以极大的提高数据的查询速度。

• 通过使用索引，可以在查询的过程中，使用优化隐藏器，提高系统的性能。

缺点：

• 但是会减低插入、删除、更新表的速度，因为在执行这些写操作时，还要操作索引文件
• 索引需要占用物理空间，除了数据表占数据空间之外，每一个索引还要占一定的物理空间，如果要建立聚簇索引，那么需要的空间就会更大，如果非聚簇索引很多，一旦聚簇索引改变，那么所有非聚集索引都会跟着变。

2、RDB和AOF机制

RDB:Redis DataBase

在指定的时间间隔内将内存中的数据集快照写入磁盘，实际操作过程就是fork一个子进程，先将数据集写入临时文件，写入成功后，再替换之前的文件，用二进制压缩存储。

优点：

• 1、整个Redis数据库只包含一个文件dump.rdb，方便持久化
• 2、容灾性好，方便备份
• 3、性能最大化，fork子进程来完成写操作，让主进程继续处理命令，所以是IO最大化。使用单独子进程来进行持久化，主进程不会进行任何IO操作，保证了redis的高性能。
• 4、相对于数据集大时，比AOF的启动效率更高

缺点：

• 1、数据安全性低。RDB是间隔一段时间进行持久化，如果持久化之间redis发生故障，会发生数据丢失。所以这种方式更适合数据要求不严谨的时候）
• 2、由于RDB是通过fork子进程来协助完成数据持久化工作的，因此，如果当数据集较大时，可能会导致整个服务器停止服务几百毫秒，甚至是一秒钟。

AOF:Append Only File

以日志的形式记录服务器所处理的每一个写、删除操作，查询操作不会记录，以文本的方式记录，可以打开文件看到详细的操作记录。

优点：

• 1、数据安全，Redis中提供了3中同步策略，即每秒同步、每修改同步和不同步。事实上，每秒同步也是异步完成的，其效率也是非常高的，所差的是一旦系统发生宕机现象，那么这一秒钟之内修改的数据将会丢失。而每修改同步，我们可以将其视为同步持久化，即每次发生的数据变化都会被立刻记录到磁盘中。
• 2、通过append模式写文件，即使中途服务器宕机也不会破坏已经存在的内容，可以通过redis-check-aof工具解决数据一致性问题。
• AOF机制的rewrite模式。定期对AOF文件进行重写，以达到压缩的目的。

缺点：

• 1、AOF文件比RDB文件大，且恢复速度慢
• 2、数据集大的时候，比rdb启动效率低
• 3、运行效率没有RDB高

AOF文件比RDB更新频率高，优先使用AOF还原数据
AOF比RDB更安全也更大
RDB性能比AOF好
如果两个都配置了优先加载AOF

3、Redis的过期键的删除策略

Redis是key-value数据库，我们可以设置Redis中缓存的过期时间。Redis的过期策略就是指当Redis中缓存的key过期了，Redis如何处理。

• 惰性过期：只有当访问一个key时，才会判断该key是否已过期，过期则清除。该策略可以最大化地节省CPU资源，却对内存非常不友好。极端情况肯可能出现大量的过期key没有被访问，从而不会被清除，占用大量内存
• 定期过期：每隔一定的时间，会扫描一定数量的数据库的expires字典中一定数量的key，并清除其中已过期的key。该策略是前者的一个折中方案。通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得CPU和内存资源达到最优的平衡效果。

（expires字典会保存所有设置了过期时间的key的过期时间数据，其中，key是指向键空间中的某个键的指针，value是改键的毫秒精度的UNIX时间戳表示过期的时间。键空间是指该Redis集群中保存的所有的键。）

Redis中同时使用了惰性过期和定期过期两种过期策略。

4、Redis线程模型，单线程为什么这么快

Redis基于Reactor模式开发了网路事件处理器，这个处理器叫做文件事件处理器 file event handler。这个文件事件处理器，它是单线程的，所以Redis才叫做单线程的模型，它采用IO多路复用机制来同时监听多个Socket，根据Socket上的事件类型来选择对应的事件处理器来处理这个事件。可以实现高性能网络通信模型，又可以跟内部其他单线程的模块进行对接，保证了Redis内部的线程模型的简单性。

文件事件处理器的结构包含4个部分：多个Socket、IO多路复用程序、文件事件分配器以及事件处理器（命令请求处理器、命令回复处理器、连接应答处理器等）。
多个Socket可能并发的产生不同的操作，每个操作对应不同的文件事件，但是IO多路复用程序会监听多个Socket，会将Socket放入一个队列中排队，每次从队列中取出一个Socket给事件分派器，事件分派器把Socket给对应的事件处理器。
然后一个Socket的事件处理完之后，IO多路复用程序会将队列中的下一个Socket给事件分派器。文件事件分派器会根据每个Socket当前产生的事件，来选择对应的事件处理器来处理。

单线程快的原因：

• 1、纯内存操作
• 2、核心是基于非阻塞的IO多路复用机制
• 3、单线程反而避免了多线程的频繁上下文切换带来的性能问题

5、缓存雪崩、缓存穿透、缓存击穿

缓存雪崩、缓存穿透、缓存击穿

缓存雪崩是指缓存同一时间大面积的失效，所以，后面的请求都会落到数据库上，造成数据库短时间内承受大量请求而崩掉。

解决方案：

• 1、缓存数据的过期时间设置随机，防止同一时间大量数据过期现象发生。
• 2、给每一个缓存数据增加相应的缓存标记，记录缓存是否失效，如果缓存标记失效，则更新数据缓存
• 3、缓存预热
• 4、互斥锁

缓存穿透是指缓存和数据库中都没有的数据，会导致所有的请求都落到数据库上，造成数据库短时间内承受大量请求而崩掉。
解决方法：

• 1、接口层增加校验，如用户鉴权校验，id做基础校验，id<=0的直接拦截；
• 2、从缓存取不到数据，在数据库中也没有取到，这时也可以将key-value对写为key-null，缓存有效时间可以设置短点，如30秒（设置太长会导致正常情况也没法使用）。这样就可以防止攻击用户反复用同一个id暴力攻击
• 3、采用布隆过滤器，将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中，一个一定不存在的数据会被这个bitmap拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力

缓存击穿是指缓存中没有但数据库中有的数据（一般是缓存时间到期），这时由于并发用户特别多，同时读缓存没读到数据，又同时去数据库去取数据，引起数据库压力瞬间增大，造成过大压力。和缓存雪崩不同的是，缓存击穿指并发查同一条数据，缓存雪崩式不同数据都过期了，很多数据都查不到从而查数据库。

解决方法：

• 设置热点数据永远不过期
• 加互斥锁