Redis学习专栏Redis缓存雪崩、击穿、穿透

一.Redis缓存雪崩

热点数据基本都会去做缓存，一般缓存都是定时任务去刷新，或者是查不到之后去更新的，定时任务刷新就有一个问题：缓存雪崩。

概念

大量的key设置了相同的过期时间，导致缓存在同一时刻全部失效，造成瞬时DB请求量大、压力骤增，引起雪崩。

此时，大数据量的请求直接到达数据库，如果没有做熔断策略，其他访问该数据库的接口都无法正常返回，会造成业务中断且短期内无法恢复。

缓存正常获取时：

在这里插入图片描述

缓存同时失效时：

在这里插入图片描述

解决方案

缓存雪崩有三种解决方案：使用锁或队列、设置过期标志更新缓存、为key设置不同的缓存失效时间。

（1）使用锁或队列

一般并发量不是特别多的时候，使用最多的解决方案是加锁排队，伪代码如下：

public object GetProductListNew() {
    int cacheTime = 30;
    String cacheKey = "product_list";
    String lockKey = cacheKey;

    String cacheValue = CacheHelper.get(cacheKey);
    if (cacheValue != null) {
        return cacheValue;
    } else {
        synchronized(lockKey) {
            cacheValue = CacheHelper.get(cacheKey);
            if (cacheValue != null) {
                return cacheValue;
            } else {
                //这里一般是SQL查询数据
                cacheValue = GetProductListFromDB(); 
                CacheHelper.Add(cacheKey,cacheValue,cacheTime);
            }
        }
        return cacheValue;
    }
}

加锁排队只是为了减轻数据库的压力，并没有提高系统吞吐量。

假设在高并发下，缓存重建期间key是锁着的，那么1000个请求999个都在阻塞，会导致用户等待超时，用户体验很差。

而且在分布式环境还存在并发问题，可能还要解决分布式锁的问题；因此，在真正的高并发场景下很少使用。

（2）设置过期标志更新缓存

第二种解决方案是：给每一个缓存数据增加相应的缓存标记，记录缓存数据是否失效，如果缓存标记失效，则更新数据缓存，伪代码如下：

//伪代码
public object GetProductListNew() {
    int cacheTime = 30;
    String cacheKey = "product_list";
    //缓存标记
    String cacheSign = cacheKey + "_sign";
    String sign = CacheHelper.Get(cacheSign);
    //获取缓存值
    String cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
    if (sign != null) {
   	    //未过期，直接返回
        return cacheValue; 
    } else {
        CacheHelper.Add(cacheSign,"1",cacheTime);
        ThreadPool.QueueUserWorkItem((arg) -> {
            //这里一般是SQL查询数据
            cacheValue = GetProductListFromDB(); 
            //日期设缓存时间的2倍，用于脏读
            CacheHelper.Add(cacheKey,cacheTime * 2);                 
        });
        return cacheValue;
    }
}

解释说明

1、缓存标记：记录缓存数据是否过期，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；

2、缓存数据：它的过期时间比缓存标记的时间延长1倍，例：标记缓存时间30分钟，数据缓存设置为60分钟。

这样，当缓存标记key过期后，实际缓存还能把旧数据返回给调用端，直到另外的线程在后台更新完成后，才会返回新缓存。

（3）为key设置不同的缓存失效时间

可以给缓存设置过期时间时加上一个随机值时间，使得每个key的过期时间分布开来，不会集中在同一时刻失效。或者设置热点数据永远不过期，有更新操作就直接更新缓存，不设置过期时间。

二.Redis缓存击穿

概念

一个存在的key，在缓存过期的一刻，同时有大量的请求，这些请求都会击穿到DB，造成瞬时DB请求量大、压力骤增。

解决方案

（1）设置热点数据永远不过期；

（2）加互斥锁；

多个线程同时去查询数据库，可以在第一个查询数据的线程里用一个互斥锁来上锁，其他线程走到这一步拿不到锁就等着，等第一个线程查询结束了，然后加入缓存，后面的线程进来发现有缓存了就直接走缓存。

/**
     * 互斥锁 针对缓存击穿方案
     * @param key
     * @return
     * @throws InterruptedException
     */
    String mutex(String key) throws InterruptedException {
        String value = redistemplate.opsForValue().get(key).toString();
        if (value  == null) {
            // 设置3min的超时，防止del操作失败的时候，下次缓存过期一直不能load db
            if (redistemplate.opsForValue().setIfAbsent(key+"_mutex",3,TimeUnit.MINUTES)) {
                // 数据库获取值
                value = db.get(key);
                redistemplate.opsForValue().set(key,value);
                redistemplate.delete(key+"_mutex");
            } else {
                //其他线程休息50毫秒后重试
                Thread.sleep(50);
                redistemplate.opsForValue().get(key);
            }
            return value;
        } else {
            return value;
        }
    }

三.Redis缓存穿透

概念

用户不断发起请求，请求的数据在缓存和数据库中都没有，比如数据库的 id 都是1开始自增上去的，发起为id值为 -1的数据请求或id为特别大不存在的数据时，该请求会直接访问数据库，从而导致数据库压力过大，严重时甚至会击垮数据库。

解决方案

接口层增加校验，如id做基础校验，id<=0的直接拦截；
从缓存和数据库中都没有取到的数据，可以将key-value对写为key-null，设置较短的缓存有效时间，如30秒（设置太长会导致正常情况也没法使用），就可以防止攻击用户反复用同一个id进行暴力攻击的情况发生。

参考博客：
1.缓存雪崩、缓存穿透、缓存预热、缓存更新、缓存降级、缓存热点 key
2.缓存穿透，缓存击穿，缓存雪崩解决方案
3.缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩概念及解决方案
4.Redis-缓存雪崩、击穿、穿透

Redis学习专栏Redis缓存雪崩、击穿、穿透

一.Redis缓存雪崩

概念

解决方案

二.Redis缓存击穿

概念

解决方案

三.Redis缓存穿透

概念

解决方案

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