Redis - 缓存穿透以及缓存雪崩

一时失言乱红尘 2021-12-23 03:57 384阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  Redis - 缓存穿透以及缓存雪崩
 *   *  1.缓存收益以及代价
     *  2.缓存穿透
     *   *  2.1 什么是缓存穿透？
         *  2.2 如何防止缓存穿透？
     *  3.缓存雪崩
     *   *  3.1 什么是缓存雪崩？
         *  3.2 如何防止缓存雪崩？

# Redis - 缓存穿透以及缓存雪崩 #

## 1.缓存收益以及代价 ##

>  当我们使用一项技术时，我们就需要对它有一定的了解，知道我们为什么要去使用它，能够分析使用这项技术所带来的的回报以及我们所需要付出的代价。  
>  缓存所带来的收益：
> 
> 1.  高速读写：缓存会加速读写速度，利用CPU L1/L2/L3 Cache、Linux page Cache加速硬盘读写、浏览器缓存、`Ehcache`缓存缓存数据，其性能都会比关系型数据库高很多，内存级别的读写性能大大优于磁盘级别的读写性能。
> 2.  降低后端负载：后端服务器业务通过使用`Redis`减少对`MySQL`的请求访问，降低了`MySQL`负载等。
> 
>  缓存所带来的代价：
> 
> 1.  数据不一致：缓存层和数据库层面数据不一致，例如`Redis`已经对某条复杂的数据进行缓存，此时通过后台修改该数据，由于大部分情况下我们不会主动对`Redis`进行数据删除，因为从性能以及包容性来说都不需要进行删除操作，所以就导致缓存数据同步不及时，这些都和我们自身应用更新策略有关，需要根据实际情况合理设置数据缓存过期时间等相关操作。
> 2.  代码维护成本(人工成本)：不适用`Redis`缓存的情况下，我们只需读写`MySQL`就能实现功能，但当我们加入缓存之后就需要去维护缓存数据的处理逻辑，增加了代码复杂度。某些情况下会降低项目开发以及测试效率，例如测试人员需要测试有缓存时的情况，也要测试没有缓存时的情况，另外当测试人员测试功能无需关注缓存时需手动清除对应缓存，否则需要等待数据缓存过期，延长测试时间。
> 3.  性能风险：堆内缓存由于是存储在本地服务器中，由JVM或者本地服务器来维护数据，可能带来内存溢出的风险甚至影响用户进程，如`ehCache`、`loadingCache`。

>  堆内缓存和远程服务器缓存如何选择？对于这个问题主要考虑以下几点：
> 
> 1.  堆内缓存一般性能更好，远程缓存需要套接字传输。
> 2.  用户级别缓存尽量采用远程缓存(例如集群架构下，多台机器会重复缓存同一组数据)。
> 3.  大数据量尽量采用远程缓存，避免造成应用服务器压力过大，遵循服务节点化原则。

## 2.缓存穿透 ##

>  在我们使用`Redis`的过程中，`Redis`的确帮助我们解决了很多的问题，但是当技术和业务结合在一起时就会发现一些让人深思的问题。缓存穿透就是其中一个。

### 2.1 什么是缓存穿透？ ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM5ODU2NjQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

>  上面这张图是我们正常业务场景下的一个流程(客户端->服务端\[Redis->DB\])，那么缓存穿透指的是当用户查询数据，再缓存中不存在，并且在数据库也不存在时，导致用户查询这样的数据(或者恶意攻击) 在缓存中找不到对应key的value，每次都需要要在数据库中查询一遍，然后返回空值。其实这就相当于进行了两次无用的查询，这样请求就绕过缓存直接查数据库，对数据库造成了很大的压力。

### 2.2 如何防止缓存穿透？ ###

>  说到如何防止缓存穿透，这里我主要提出两点建议：
> 
> 1.  缓存空值：如果DB查询返回数据或者业务结果为空，此时我们仍然将空结果进行缓存，设置较短的过期时间(不超过五分钟)。
> 2.  采用布隆过滤器BloomFilter：事先将所有可能存在的数据哈希后放入到一个足够大的BitMap中，若一个数据一定不存在则会被拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。关于布隆过滤器后面会写一篇博客对其进行详细介绍。  
>     ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM5ODU2NjQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 3.缓存雪崩 ##

### 3.1 什么是缓存雪崩？ ###

>  如果缓存集中在一段时间内失效，发生大量的缓存穿透，所有查询都落在数据库上，就会造成了缓存雪崩。 由于原有缓存失效，新缓存未到期间所有原本应该访问缓存的请求都需要去查询数据库，从而对数据库服务CPU和内存造成巨大压力，严重可能会造成数据库服务宕机。

### 3.2 如何防止缓存雪崩？ ###

>  这里我们看看如何防止缓存雪崩：
> 
> 1.  加锁排队：维护一个mutex互斥锁，通过`Redis`的`SETNX`命令去设置一把当前业务操作的锁(例如setnx lock\_uid\_001 value nullValue、setnx lock\_white\_list value nullValue)，当操作成功时，再进行LoadDB操作回设缓存，否则重试get缓存。
> 2.  数据预热：缓存预热就是当我们新部署一个项目系统时，将相关缓存数据直接加载到缓存中。这样可以避免在用户请求时候，再去查询数据库放入缓存。用户可以直接查询事先被预热的缓存数据，可以预热大并发量、热度高的`Key`缓存数据。
> 3.  双层缓存策略：同一条数据我们可以维护两套缓存，C1为原始缓存，C2为拷贝缓存，当C1失效时，可以读取C2，都不存在时再去访问数据库回设，当然C1缓存失效时间需要设置为短期，而C2设置为长期。这种方式最大缺点就是占用的内存翻倍。
> 4.  定时更新缓存策略：对于失效性要求低的缓存，可以在容器启动初始化时加载放入缓存，采用定时任务更新或移除缓存。
> 5.  时间浮动策略：设置不同过期时间，让缓存失效的时间点尽量均匀，避免集中失效。

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