redis 缓存穿透、击穿、雪崩、无底洞分析及解决

Redis缓存处理流程:

前台请求，后台先从缓存层取数据，取到直接返回结果，取不到时从存储层取，存储层取到更新缓存，并返回结果，存储层未取到，那直接返回空结果。

缓存穿透：
缓存穿透是指查询一个根本不存在的数据，缓存层和存储层都不会命中，导致不存在的数据每次请求都要到存储层去查询，造成存储层压力巨大甚至down机

解放方案：
  1)针对不存在的key也缓存一个null值,,同时设置一个过期时间,,(弊端:内存中可能会存放大量无效key、时间窗口数据不一致)
  2)采用布隆过滤器,,对于不存在的key直接返回null值

缓存击穿:
指的是某个热点key在过期时间点上,此时有大量请求去查询这个key,,导致存储层压力增大

1)设置热点数据永不过期
2)使用setnx加互斥锁，容易影响吞吐量，大部分项目设置热点key永不过期基本解决问题

缓存雪崩：
某个时刻Redis集群中的热点key都失效了。存储层查询数据量巨大，引起存储层压力过大甚至down机。
和缓存击穿不同的是， 缓存击穿指并发查同一条数据，缓存雪崩是不同数据都过期了，很多数据都查不到从而查数据库。

解决方案：
  1)设置热点数据永不过期
  2)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，是一种比较取巧的解决方案。在一定程度上减轻了存储层的瞬时压力，
    但是这种方案也在一定程度上增加了维护的成本

 缓存无底洞：
 当集群维持到一定个数后，再增加集群个数，性能反而下降的问题

 解决方案：
 常见的IO优化思路
  1)IO优化
    1 命令本身的优化，例如优化SQL语句。
    2 减少网络通信次数。
    3 降低接入成本，例如客户端使用长连/连接池、NIO等。

  2)减少网络通信次数（批量操作解决方案）：
    1 串行命令：客户端n次get:n次网络+n次get命令本身。
              Redis Cluster：无法使用mget命令一次性获取。
     优：实现起来比较简单。
     缺：时间复杂度较高。大量keys超时严重。
   2 串行IO：node次网络时间+n次命令时间。
     Redis Cluster：使用CRC16算法计算出散列值，再取对16383的余数就可以算出slot值。
     Redis Cluster：Smart客户端会保存slot和节点的对应关系。
     优：实现起来比较简单。
     缺：时间复杂度较高。大量nodes也会超时严重。
     可以得到得到每个节点的key子列表，然后分别对每个结点执行批量操作。
  3 并行IO：
    将方案2中的最后一步改为多线程执行，网络次数虽然还是节点个数，但由于使用多线程网络时间变为O(1)。
    优：利用编程特性，时间取决于最慢的线程。
    缺：增加编程复杂度。多线程并发，出现问题定位也会比较难。
  4 hash_tag实现：1次网络时间+n次命令时间
    Redis Cluster：的hash_tag功能，它可以将多个key强制分配到一个节点上。
    优：性能较好。
    缺：业务维护成本高。容易出现数据倾斜。