Redis6-雪崩、击穿、穿透、分布式锁

一、布隆过滤器

上亿级别数据，怎么判断是否存在。数据集合已经存在了，判断某个元素是否存在。

为了解决这个问题，布隆过滤器诞生了。它是一个很长的二机制数组（bitmap）和一些列的随机hash算法映射函数，主要判断一个集合是否在元素中存在。统计结果不算准确。

特点：

• 高效的插入和查询，占用空间小，返回结果是不确定的
• 一个元素如果判断结果为存在的时候元素不一定存在（hash冲突），但是判断其不存在则一定不存在
• 可以添加元素，但是不能删除元素，因为删除元素会导致错误率增加
• 误判只会发生在没有添加过的元素，添加过的元素一定不会发生误判

1、使用场景

• 解决缓存穿透：key存放到布隆过滤器中，判断key是否存在，不存在直接返回
• 黑名单校验
• ……

2、原理

hash冲突：就是不同值通过相同的hash算法计算出相同的hashcode。所以没办法规避hash冲突。

为了减少hash冲突，布隆过滤器使用了多个hash算法。

添加key：

使用多个hash函数对key进行hash运算得到一个整数索引值，对位数组长度进行取模运算得倒一个位置，每个hash算房都会得到一个不同的位置，将这几个位置都置为1就完成add操作。

查询key：

只要其中有一位是0就表示这个key不存在，但是如果都是1，则不一定存在，因为有可能是其它key计算的。

因为没办法确定，这个索引位上的1是否是该key设置的，所以删除会导致误判率。实际元素不能超过布隆过滤器初始化数量，如果超过需要重建

3、优缺点

优点：

• 快速判断元素是否存在，所占空间小

缺点：

• 存在一定的误判率
• 无法删除元素

4、布谷鸟过滤器

主要解决了布隆过滤器无法删除元素的问题。可以理解为布隆过滤器的下一代。

二、缓存预热+缓存雪崩+缓存击穿+缓存穿透

1、缓存雪崩：鬼子进村（大批量key失效、redis挂掉）

解决办法：

• redis高可用
• 本地缓存+限流&降级
• 开启Redis持久化，可以快速恢复集群
• 注意key的过期时间设置，避免大批量key同时失效（出现概率不大）

2、缓存击穿：鬼子炸碉堡（热点KEY失效）

解决办法：

• 互斥更新，互斥独占锁防止击穿（DCL）
• 热点KEY不设置过期时间
• 双缓存，村两份，在特别高并发的情况下可以，用空间换DB安全，两份缓存差异失效时间

3、缓存穿透：特务进城（查询某个为空的数据，每次都访问DB，DB\缓存都没有）

解决办法：

• 使用布隆过滤器，保证查询之前判断KEY是否存在
  • Guava 谷歌提供的，单机版
  • Redisson RBloomFilter，基于redis的过滤器（为什么不封装成AOP）
  • redis4之后，redis提供了补丁插件RedisBloom
• 空\默认值的缓存，但是无法处理恶意攻击，持续的访问不存在的KEY

三、Redis分布式锁

由于单JVM的锁（synchronized和lock）无法适应分布式环境，所以就诞生了分布式锁，分布式锁其实就是借助中间件对资源进行加锁，常用的方式有：

• zookeeper 分布式锁
• redis 分布式锁
• mysql 分布式锁：但是由于mysql的并发的问题，很少用到这个

分布式锁应该具备的特性：

• 独占性：同一时间有且只有一个操作者对资源进行操作
• 高可用：能够承受着高并发，并且中间件的可用性必须高
• 防死锁：在操作者无法释放锁的时候，有补偿机制
• 不乱抢：一把锁的使用和解锁必须是用一个操作者，需要使用lua脚本，保证原子性
• 重入性：同一个操作者可以再次获得这个锁
• 锁的续命：使用redisson 
• redis集群异步复制锁丢失：使用redisson 

redis实现分布式锁，就是sexnx和expire 两个命令。

官方见识使用redisson来操作分布式锁，并且已经处理好无法释放的补偿机制、缓存续命问题，看门狗线程。

CAP原则：

• 一致行（C）：在分布式系统中，同一时刻个节点数据是否一致
• 可用性（A）：保证每个请求不论成功或者失败都有响应
• 分区容忍性（P）：系统中任意数据丢失或失败不会影响系统继续运行

redis单机是CP、zookeeper集群是CP、redis集群是AP 

1、redisson分布式锁的原理

redis需要注意的要点：

• 不能出现死锁，并且需要补偿机制
  • 增加超时时间
  • 增加子线程处理无法删除的key
• 不能出现误删
  • 删除之前一定要确定是否是自己的锁
• 缓存续命
  • 增加子线程，定期检查线程是否还持有锁，如果有则延长过期时间，Redisson增加了“看门狗”
• redis主从复制丢失
  • 多master节点，这样保证每个master都拥有锁的key，N(部署节点)=2X(宕机节点)+1，redisson提供了，同时想多个主机注册锁的方式