Redis-缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩

Redis之缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩

缓存穿透

在说明缓存穿透前，简单说说redis。

• Redis的作用： Redis在内存中缓存数据库数据，在面对大量数据请求时，进行拦截，通过缓存提高数据访问效率，减轻数据库压力。

本质

缓存穿透本质上就是让Redis失去作用，退化为数据库请求。
用户频繁大量请求根本不存在的数据（redis缓存、mysql数据库中都没有的数据）。这样导致的结果就是：

1. redis在内存缓存查询是否存在，不存在（可能是没缓存或者没有，redis不知道）则进行数据库查询。
2. 正常如果数据存在，则将数据进行缓存，下次访问时在通过缓存返回
3. 但是现在是一个不存在的数据，这样相当于就是做了一个数据库查询，通过频繁大量进行这些不存在数据的请求，就导致redis失去作用，像是被无视穿透了一样，直接变成了数据库查询请求。

解决方案

1. 业务层校验
   对请求参数进行校验，明确错误参数直接拦截返回。
   局限：只能对一些简单的具有明显错误的数据查询进行拦截。

如：请求参数为主键自增id，那么id<0的明显错误参数直接拦截返回错误。

2. 不存在数据设置短过期时间
   对数据查询结果为空的数据，对空结果进行缓存，设置短的过期时间（如30s）
   局限：起一定缓解作用
3. 布隆过滤器

布隆过滤器是一种数据结构，利用极小的内存，可以判断大量的数据“一定不存在或者可能存在”。
在写入数据库数据时，使用布隆过滤器做个标记，然后用户发起请求后，判断请求值是否存 在于布隆过滤器，如果不存在 那这个请求直接无效，如果存在 那就在缓存中查找对应的数据。这样当出现大量请求的时候，会先查询布隆过滤器和Redis，不会对数据库造成压力。
布隆过滤器

缓存击穿

本质

通过卡好时机，利用redis的缓存机制，击穿redis保护下的数据库。
就是在redis中一个热点key失效的同时，对这个热点key发起大量请求，从而全部到达数据库，压垮数据库。

解决方案

1. 暴力设置热点数据永不过期
2. 定时更新：过期时间1h，每次到达59minute时，定时任务更新，重新设置过期时间为1h
3. 互斥锁
   互斥锁简单来说就是在Redis中根据key获得的value值为空时，先锁上，然后从数据库加载，加载完毕，释放锁。若其他线程也在请求该key时，发现获取锁失败，则睡眠一段时间（比如100ms）后重试。

缓存雪崩

本质

缓存雪崩形成的两种原因：

1. 缓存中数据大批量到过期时间，而查询数据量巨大，引起数据库压力过大甚至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。
2. Redis 故障宕机

解决方案

• 缓存过期的解决方案

1. 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。
2. 如果缓存数据库是分布式部署，将热点数据均匀分布在不同搞得缓存数据库中。
3. 设置热点数据永远不过期。
4. 互斥锁
   发现访问的数据不在Redis中，加上互斥锁，保证同一时间内只有一个请求来构建缓存（ 从数据库读取数据，再将数据更新到 Redis 里），当缓存构建完成后，再释放锁。未能获取互斥锁的请求，要么等待锁释放后重新读取缓存，要么就返回空值或者默认值。
   实现互斥锁的时候，最好设置超时时间，不然第一个请求拿到了锁，然后这个请求发生了某种意外而一直阻塞，一直不释放锁，这时 其他请求也一直拿不到锁，整个系统就会出现无响应的现象。

• Redis故障宕机的解决方案

1. 服务熔断或请求限流机制

• 启动 服务熔断 机制，暂停业务应用对缓存服务的访问，直接返回错误，暂停使用数据库，等Redis恢复正常后，在允许业务应用缓存服务
• 启动 请求限流 机制，只将少部分请求发送到数据库进行处理，再多的请求就在入口直接拒绝服务。

2. 构建Redis缓存高可靠集群

参考文章

• 知乎-Redis详解
• CSDN-Redis缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩
• Redis三大缓存问题