Redis之缓存穿透，雪崩，击穿解读

小鱼儿 2023-10-15 15:20 26阅读 0赞

**目录**

缓存穿透

定义

解决方案

方案1：空对象缓存或者缺省值

方案2：布隆过滤器

缓存击穿

定义

解决方案

方案1：热点数据永不过期

方案2:互斥独占锁防止击穿

缓存雪崩

定义

解决方案

方案1：过期时间设置随机

方案2：缓存预热

方案3：Redis集群

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### 缓存穿透 ###

#### 定义 ####

当我们请求去查询一条记录,先到redis中查询后到mysql查询都发现找不到该条记录,但是请求每次都会打到数据库上面去,导致后台数据库压力暴增,这些请求像“穿透”了缓存一样直接打在数据库上，这种现象就叫做缓存穿透。这种现象我们称为缓存穿透,这个redis变成了一个摆设。

> 恶意对网站进行攻击时，拿一个不存在的id去查询数据,会产生大量的请求到数据库去查询。可能会导致你的数据库由于压力过大而宕掉

#### 解决方案 ####

##### 方案1：空对象缓存或者缺省值 #####

一旦发生缓存穿透，我们就可以针对查询的数据，在Redis中缓存一个空值或是和业务层协商确定的缺省值(例如，库存的缺省值可以设为0) 。紧接着，应用发送的后续请求再进行查询时，就可以直接从Redis中读取空值或缺省值，返回给业务应用了，避免了把大量请求发送给数据库处理，保持了数据库的正常运行。

> 如果Redis查不到数据，数据库也查不到，我们把这个Key值保存进Redis，设置value="null"，当下次再通过这个Key查询时就不需要再查询数据库。这种处理方式肯定是有问题的，假如传进来的这个不存在的Key值每次都是随机的，那存进Redis也没有意义。而且随着缓存的暑假的越来越多，对Redis的压力越来越大，可以对缓存的Key有个过期的时间分担压力。

##### 方案2：布隆过滤器 #####

*  把已存在数据的key存在布隆过滤器中，相当于redis前面挡着一个布隆过滤器。
 *  当有新的请求时，先到布隆过滤器中查询是否存在：
 *  如果布隆过滤器中不存在该条数据则直接返回；
 *  如果布隆过滤器中已存在，才去查询缓存redis，如果redis里没查询到则再查询Mysql数据库

> 布隆过滤器（Bloom Filter）是1970年由布隆提出的。它实际上是一个很长的二进制向量和一系列随机映射函数。布隆过滤器可以用于检索一个元素是否在一个集合中。
> 
> 一句话就是：由一个初始值为零的bit数组和多个哈希函数构成，用来快速判断集合中是否存在某个元素。

### 缓存击穿 ###

#### 定义 ####

大量的请求同时查询一个key时,此时这个key正好失效了,就会导致大量的请求都打到数据库上面去(简单说就是热点key突然失效了,暴打mysql)。

> 造成缓存击穿的主要原因就是：我们为缓存中的数据设置了过期时间。如果在某个时刻从数据库获取了大量的数据，并设置了相同的过期时间，这些缓存的数据就会在同一时刻失效，造成缓存击穿问题
> 
> 1.  时间到了自然清除，但还被访问到了
> 2.  删除key的时候，突然被访问到了

#### 解决方案 ####

##### 方案1：热点数据永不过期 #####

对于热点数据，如果业务允许的话，对于热点的key可以设置永不过期的key。

##### 方案2:互斥独占锁防止击穿 #####

使用分布式锁思想，保证对于每个 Key 同时只有一个线程去查询后端的服务，某个线程在查询后端服务的同时，其他线程没有获得分布式锁的权限，需要进行等待，查询到以后回写Redis，其他请求线程再到Redis中查询，当然这样会导致系统的性能变差。

示例java代码如下：

public User findUserById2(Integer id) {
        User user = null;
        String key = CACHE_KEY_USER+id;
    
        //1 先从redis里面查询,如果有直接返回结果,如果没有再去查询mysql
        user = (User) redisTemplate.opsForValue().get(key);
        if(user == null) {
            //2 大厂用,对于高QPS的优化,进来就先加锁,保证一个请求操作,让外面的redis等待一下,避免击穿mysql
            synchronized (UserService.class){
                user = (User) redisTemplate.opsForValue().get(key);
                //3 二次查redis还是null,可以去查mysql了(mysql默认有数据)
                if (user == null) {
                    //4 查询mysql拿数据
                    user = userMapper.selectByPrimaryKey(id);//mysql有数据默认
                    if (user == null) {
                        return null;
                    }else{
                        //5 mysql里面有数据的,需要回写redis,完成数据一致性的同步工作
                        //setnx 不存在才创建
                        redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key,user,7L,TimeUnit.DAYS);
                    }
                }
            }
        }
        return user;
    }

### 缓存雪崩 ###

#### 定义 ####

缓存雪崩是指缓存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，还有一种情况是Redis主机挂了,Redis全盘崩溃

> 在某一时刻缓存集中失效，或者缓存系统出现故障，所有的并发流量就会直接到达数据库。数据存储层的调用量就会暴增，用不了多长时间，数据库就会被大流量压垮

#### 解决方案 ####

##### 方案1：过期时间设置随机 #####

在原有的失效时间上加上一个随机值，比如1-5分钟随机。这样就避免了因为采用相同的过期时间导致的缓存雪崩。

##### 方案2：缓存预热 #####

缓存预热就是将数据提前加入到缓存中,当数据发生变更,再将最新的数据更新到缓存

##### 方案3：Redis集群 #####

为了防止Redis宕机导致缓存雪崩的问题，可以搭建Redis集群，提高Redis的容灾性。