Redis缓存穿透和雪崩

Redis缓存穿透和雪崩

Redis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。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。

另外的一些典型问题就是，缓存穿透、缓存雪崩和缓存击穿。目前，业界也都有比较流行的解决方案。

缓存穿透

概念

用户想要查询某个数据，在 Redis 中查询不到，即没有缓存命中，这时就会直接访问数据库进行查询。当请求量超出数据库最大承载量时，就会导致数据库崩溃。这种情况一般发生在非正常 URL 访问，目的不是为了获取数据，而是进行恶意攻击。

解决方案：

1. 布隆过滤器

   布隆过滤器是一种数据结构，对所有可能查询的参数以hash形式存储，在控制层先进行校验，不符合则丢弃，从而避免了对底层存储系统的查询压力;

   

2. 缓存空对象

   当存储层不命中后，即使返回的空对象也将其缓存起来，同时会设置一个过期时间，之后再访问这个数据将会从缓存中获取，保护了后端数据源;

   

   但是这种方法会存在两个问题:
   1、如果空值能够被缓存起来，这就意味着缓存需要更多的空间存储更多的键，因为这当中可能会有很多的空值的键;
   2、即使对空值设置了过期时间，还是会存在缓存层和存储层的数据会有一段时间窗口的不一致，这对于需要保持一致性的业务会有影响。

缓存击穿

概述

key中对应数据存在，当key中对应的数据在缓存中过期，而此时又有大量请求访问该数据，由于缓存中过期了，请求会直接访问数据库并回设到缓存中，高并发访问数据库会导致数据库瞬间压力过大。

这里需要注意和缓存击穿的区别，缓存击穿，是指一个key非常热点，在不停的扛着大并发，大并发集中对这一个点进行访问，当这个key在失效的瞬间，持续的大并发就穿破缓存，直接请求数据库，就像在一个屏障上凿开了一个洞。

解决方案：

1. 设置热点数据永不过期

   从缓存层面来看，没有设置过期时间，所以不会出现热点key过期后产生的问题

2. 加互斥锁

   分布式锁∶使用分布式锁，保证对于每个key同时只有一个线程去查询后端服务，其他线程没有获得分布式锁的权限，因此只需要等待即可。这种方式将高并发的压力转移到了分布式锁，因此对分布式锁的考验很大。

3. 预先设置热门数据：

   在redis高峰访问时期，提前设置热门数据到缓存中，或适当延长缓存中key过期时间。

4. 实时调整：

   实时监控哪些数据热门，实时调整key过期时间。

缓存雪崩

概述

key中对应数据存在，在某一时刻，缓存中大量key过期或者Redis宕机，而此时大量高并发请求访问，会直接访问后端数据库，导致数据库压力过大。

产生雪崩的原因之一，比如在写本文的时候，马上就要到双十二零点，很快就会迎来一波抢购，这波商品时间比较集中的放入了缓存，假设缓存一个小时。那么到了凌晨一点钟的时候，这批商品的缓存就都过期了。而对这批商品的访问查询，都落到了数据库上，对于数据库而言，就会产生周期性的压力波峰。于是所有的请求都会达到存储层，存储层的调用量会暴增，造成存储层也会挂掉的情况。

正常情况下：

缓存失效瞬间：

集中过期，倒不是非常致命，比较致命的缓存雪崩，是缓存服务器某个节点宕机或断网。因为自然形成的缓存雪崩，一定是在某个时间段集中创建缓存，这个时候，数据库也是可以顶住压力的。无非就是对数据库产生周期性的压力而已。而缓存服务节点的宕机，对数据库服务器造成的压力是不可预知的，很有可能瞬间就把数据库压垮。

解决方案：

1. redis高可用：

   这个思想的含义是，既然redis有可能挂掉，那我多增设几台redis ,这样一台挂掉之后其他的还可以继续工作，其实就是搭建的集群

2. 限流降级：

   这个解决方案的思想是，在缓存失效后，通过加锁或者队列来控制读数据库写缓存的线程数量。比如对某个key只允许一个线程查询数据和写缓存，其他线程等待。

3. 数据预热

   数据加热的含义就是在正式部署之前，我先把可能的数据先预先访问一遍，这样部分可能大量访问的数据就会加载到缓存中。在即将发生大并发访问前手动触发加载缓存不同的key，设置不同的过期时间，让缓存失效的时间点尽量均匀。

4. 构建多级缓存机制：

   nginx缓存 + redis缓存 + 其他缓存。