Redis 缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩

一、缓存穿透

1. 概念

key 对应的数据在redis中并不存在，每次针对此 key的请求从缓存获取不到，请求转发到数据库，访问量大了可能压垮数据库。比如用一个不存在的用户 id 获取用户信息，redis缓存和数据库中都没有，若黑客利用此漏洞进行攻击可能压垮数据库（黑客访问肯定不存在的数据，造成服务器压力大）

缓存穿透现象：

• 应用服务器压力变大
• redis命中率变低，从而会不断查询数据库

2. 解决方案

一个一定不存在的数据，由于缓存是不命中时被动写的，并且出于容错考虑，如果从存储层查不到数据则不写入缓存，这将导致这个不存在的数据每次请求都要到存储层去查询，失去了缓存的意义

• 对空值缓存： 如果一个查询返回的数据为空（不管是数据是否不存在），我们仍然把这个空结果（null）进行缓存，这样可以缓解数据库的访问压力，然后设置空结果的过期时间会很短，最长不超过五分钟。（只能作为简单的应急方案）
• 设置可访问的名单（白名单）： 使用 bitmaps 类型定义一个可以访问的名单，名单 id 作为 bitmaps 的偏移量，每次访问和 bitmap 里面的 id 进行比较，如果访问 id 不在 bitmaps 里面，进行拦截，不允许访问。
• 布隆过滤器： 将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的 bitmaps 中，一个一定不存在的数据会被这个bitmaps 拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力
• 进行实时监控： 当发现 Redis 的命中率开始急速降低，需要排查访问对象和访问的数据，和运维人员配合，可以设置黑名单限制服务

二、缓存击穿

1. 概念

key 对应的数据存在，但在 redis 中过期，此时若有大量并发请求过来，这些请求发现缓存过期一般都会从后端 DB 加载数据并回设到缓存，这个时候大量并发的请求可能会瞬间把后端 DB 压垮（redis某个热门数据过期，大量的合理数据请求到达数据库）

缓存击穿现象：

• 数据库的访问压力瞬间激增
• redis正常运行
• redis没有出现大量的过期现象（过期后无法访问，若未命中，则需要访问数据库）

产生原因： redis中的某个热门的key过期了，而此时客户端对这个key的访问量激增，redis无法命中，这些访问就会转发到数据库，造成数据库瞬间压力过大

2. 解决方案

key 可能会在某些时间点被超高并发地访问，是一种非常“热点”的数据。这个时候，需要考虑一个问题：缓存被“击穿”的问题。

• 预先设置热门数据： 在 redis 高峰访问之前，把一些热门数据提前存入到redis 里面，加大这些热门数据 key 的时长
• 实时调整： 现场监控哪些数据热门，实时调整 key 的过期时长
• 使用锁：（1）就是在缓存失效的时候（判断拿出来的值为空），不是立即去 load DB；（2） 先使用缓存工具的某些带成功操作返回值的操作（比如 Redis 的 SETNX）去 set 一个 mutex key；（3） 当操作返回成功时，再进行 load db 的操作，并回设缓存,最后删除 mutex key；（4） 当操作返回失败，证明有线程在 load db，当前线程睡眠一段时间再重试整个 get 缓存的方法

三、缓存雪崩

1. 概念

key 对应的数据存在，但在 redis 中过期，此时若有大量并发请求过来，这些请求发现缓存过期一般都会从后端 DB 加载数据并回设到缓存，这个时候大量并发的请求可能会瞬间把后端 DB 压垮

缓存雪崩针对很多 key 失效导致redis无法命中，数据库压力激增；缓存击穿则是某一个热门 key 失效导致redis无法命中，数据库压力激增

缓存雪崩现象： 数据库压力变大，服务器崩溃

雪崩出现原因： 极小时间段内，redis中大量的key过期，导致命中率极低，数据库压力激增

缓存失效瞬间

2. 解决方案

缓存失效时的雪崩效应对底层系统的冲击非常可怕！

• 构建多级缓存架构： nginx 缓存 + redis 缓存 +其他缓存（ehcache 等），程序设计较为复杂

• 使用锁或队列： 用加锁或者队列的方式来保证不会有大量的线程对数据库一次性进行读写，从而避免失效时大量的并发请求落到底层存储系统上。效率低，不适用高并发情况

• 设置过期标志更新缓存： 记录缓存数据是否过期（设置提前量），如果过期会触发通知另外的线程在后台去更新实际 key 的缓存

• 将缓存失效时间分散开： 比如我们可以在原有的失效时间基础上增加一个随机值，比如 1-5 分钟随机，这样每一个缓存的过期时间的重复率就会降低，就很难引发集体失效的事件