Redis高级——缓存预热、缓存雪崩、缓存击穿、缓存穿透

缓存预热

简介

缓存预热指系统上线后，将相关的热点数据直接加载到缓存系统，以避免用户请求的时候，缓存中没有数据，每个请求直接访问数据库，导致服务器迅速宕机

解决方案

• 根据当天的访问情况，统计出热点数据
• 创建脚本文件，在启动服务器时自动将热点数据写入缓存

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缓存雪崩

简介

在较短时间内，Redis 中大量的 key 过期，同时又有大量的请求到达，导致大量请求直接到达数据库，数据库压力激增而宕机，数据库重启后，仍然没有解决缓存中无数据的问题，又会迅速被大量的请求瞬间放倒，最后面临着 Redis 集群崩溃，应用服务器崩溃的局面

解决方案

根本方案

• 设置部分热点数据永不过期
• 设置数据过期时间随机生成，保证数据不会在同一时间大面积过期
• 自动或人工定期维护，对过期数据进行访问量分析，以判断是否要做延时

缓解方案

• 构建多级缓存，每一级缓存的过期时间不同，当一级缓存不可用时使用下一级缓存代替
• 进行限流降级，限制部分服务器请求，通过互斥锁控制对同一个 key 的访问线程数，降低服务器压力
• 对数据库的瓶颈任务进行优化

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缓存击穿

简介

在短时间内，大量请求同时访问一个 Redis 中不存在（可能是过期）的数据，Redis 未命中后大量请求同时到达数据库，导致数据库压力激增而宕机

解决方案

• 设置部分热点数据永不过期
• 使用互斥锁限制访问，会一定程度影响吞吐量，不推荐使用

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缓存穿透

简介

用户不断向缓存和数据库中都不存在的数据发起请求，通常为非正常 URL，缓存大面积未命中后大量请求到达数据库，数据库由于没有该数据，也无法更新缓存，导致缓存与数据库负载增大，甚至宕机，这时的用户很可能是攻击者

解决方案

• 对查询结果为空的请求，缓存空对象到 Redis 中，并设置较短的过期时间（一般不超过五分钟）
• 对数据接口层设置相应的校验，拦截非法请求
• 提前预热一个存储了所有数据的 Bitmap ，维护各个数据是否存在于 Redis 的状态，以此对到达 Redis 的请求进行过滤，待查询数据不在 Redis 时，视为异常请求，直接拦截
• 使用布隆过滤器进行拦截，布隆过滤器是一种概率型数据结构，用于判断某个 key 不存在