Redis进阶高频面试：缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩
一、前言
Redis是非关系型数据库，数据都存储在内存中，既可以当做数据库存储数据，也能作为日常缓存使用，本文主要探讨Redis作为缓存，在实践中可能会有哪些问题？比如一致性, 穿击, 穿透, 雪崩, 污染等。在我们实际开发过程中对缓存使用也是高频用到的场景，以及面试大法！
♦ 为什么要了解？
缓存的使用，极大的提升了应用程序的性能和效率，特别是数据查询方面，也大大缓解了数据库访问压力，但同时，它也带来了一些问题。其中，最要害的问题，就是数据的一致性问题，从严格意义上讲，这个问题无解。如果对数据的一致性要求很高，那么就不能使用缓存。
另外一些典型的问题就是，缓存穿透、缓存击穿 和 缓存雪崩。目前业界也都有较流行的解决方案
二、缓存穿透
快速记忆：没有数据！
★ 概念：用户请求缓存和数据库中都没有的数据。
该数据在缓存 和 DB 中都不存在。导致用户请求都落在DB上，最终可能导致DB承受不住而挂掉。
☛ 举例说明：查询 “ id= -1 ” 或 id特别大不存在的数据。可能发生黑客利用不存在的key频繁攻击。
✦ 解决方案
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接口层增加校验 ：如用户参数校验，id<=0的直接拦截；
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无效的key存放Redis ：如果是缓存和数据库都查不到的情况下，可以把key保存到Redis中，设置value="null"，过期时间可设置短点(如30秒)。防止用户反复用同一个key暴力攻击，需注意：如果Key是随机的，那存进Redis也只是浪费内存！
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布隆过滤器（hash结构） ：将数据库中的所有key都存储在布隆过滤器中，查询Redis前先去布隆过滤器查询 key 是否存在，不存在就直接返回，避免了对底层存储系统的查询压力
三、缓存击穿
快速记忆：有数据，单key失效；并发查同一条数据！
★ 概念：某个热点key在缓存中没有或已过期，从而产生集中请求。
大并发集中对其进行请求，同时读缓存没读到数据，又同时到DB读取，瞬间剧增DB压力。
☛ 举例说明：某个热点的key失效了，例如秒杀某个商品，导致大并发集中打在数据库上。
☁ 思路：第一考虑热点key不设置过期时间，第二考虑降低打在数据库上的请求数量
✦ 解决方案
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设置热点数据永远不过期
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接口限流与熔断，降级。重要的接口一定要做好限流策略，防止用户恶意刷接口，同时要降级准备，当接口中的某些 服务 不可用时候，进行熔断，失败快速返回机制。
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加互斥锁。通过互斥锁或队列来控制访问DB的线程数，比如某个key只允许一个线程查询数据和写缓存，其他线程等待。这种方式会阻塞其他的线程，系统的吞吐量会下降
三、缓存雪崩
快速记忆：有数据，大量key失效；并发查不同数据！
★ 概念：同一个时刻大量key失效，引起数据库压力过大甚至down机。
缓存击穿指并发查同一条数据，缓存雪崩是批量的key失效，落到DB并发查大量不同数据。可能瞬间就会导致数据库宕机。重启数据库，马上又会有新的流量把数据库打死。
☛ 举例说明：同一时间的大规模的key失效，例如：Redis宕机，或者大量key都采用相同过期时间
✦ 解决方案
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均匀过期：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。
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热点数据永远不过期。（如数据有变化触发更新缓存）
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互斥锁+熔断机制，限流降级。返回“系统拥挤”之类的提示，保证一部分用户可用，防止过多请求落在DB，原理同缓存击穿解决方案！
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开启Redis持久化机制，尽快恢复缓存数据，一旦重启，从磁盘上自动加载数据恢复到内存中
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数据预热，系统上线前，提前将部分数据加载到缓存。避免用户请求时，先查询数据库，然后再对数据进行缓存。
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Redis高可用，搭建Redis集群，多增加几台Redis服务，一台挂掉，其他还可以继续工作。
四、缓存污染
指的是对部分访问一次 或 少次访问的数据，不会再访问了，这部分数据依然存留在缓存中，占用内存空间。
缓存污染会随着数据的持续增加而逐渐显露。随着服务的不断运行，久而久之，缓存中会存在大量冷门数据（即很少访问）。直到空间满了，再往缓存里写数据时产生额外开销，影响Redis性能。比如写时的判断淘汰策略，根据淘汰策略去选择要淘汰的数据，然后进行删除操作。
redis.conf 配置文件中可设置maxmemory-policy参数，主要针对Redis的超过maxmemory设置的容量后，对数据的处理策略。
五、总结
可以围绕着三个方面分析：
- 事前：Redis 高可用，主从+哨兵，Redis cluster，避免全盘崩溃。
- 事中：本地 ehcache 缓存 + Hystrix 限流+降级，避免 MySQL 被打死。
- 事后：Redis 持久化 RDB+AOF，一旦重启，自动从磁盘上加载数据，快速恢复缓存数据。
✦ 限流+降级
限流组件，可以设置每秒的请求，有多少能通过组件，剩余的未通过的请求，采用 降级！返回提示：系统忙碌中，或者空白页面。对用户来说，对加载不出来的页面可能就是多刷新几次。
比如，某某微博热搜，有的人直接进了，有的人就显示空白页面，多刷新几次后也能出来，就是降级原理，牺牲部分用户体验换取服务器安全！