Redis 缓存击穿、穿透、雪崩的原因以及解决方案

Redis 缓存击穿、穿透、雪崩的原因以及解决方案

最近在使用Redis作为缓存系统时，遇到了一些问题。经过查阅资料和实践，总结出了关于Redis缓存击穿、穿透、雪崩的原因以及解决方案。

缓存雪崩

原因描述

缓存雪崩指的是大量的请求无法在Redis缓存系统中处理，请求全部打到数据库，导致数据库压力激增，甚至宕机。出现该原因主要有两种：

1. 大量热点数据同时过期，导致大量请求需要查询数据库，数据库压力激增。
2. Redis故障宕机，缓存系统异常。

解决方法

1. 过期时间添加随机值：比如1-5分钟随机，这样的话就能保证数据不会在同一个时间大面积失效。
2. 服务熔断：当从缓存获取数据发现异常，则直接返回错误数据给前端，防止所有流量打到数据库导致宕机。
3. 接口限流：当访问的不是核心数据的时候，在查询的方法上加上接口限流保护。比如设置10000req/s。如果访问的是核心数据接口，缓存不存在允许从数据库中查询并设置到缓存中。这样的话，只有部分请求会发送到数据库，减少了压力。
4. 提前预防：构建高可用Redis缓存集群，主从：避免单点故障

缓存击穿

原因描述

缓存击穿跟缓存雪崩有些类似，雪崩是大面积缓存失效，导致数据库崩溃，而缓存击穿是一个key是热点，不停地大并发请求，全都集中访问此key，而当此key过期瞬间，持续的大并发就击穿缓存，全都打在数据库上。

解决方法

1. 把这个热点key设置为永久有效
2. 使用互斥锁：这是比较常用的方法，简单地来说，就是在缓存失效的时候（判断拿出来的值为空），不是立即去查询数据库，而是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或者Memcache的ADD）去set一个mutexkey，当操作返回成功时，再进行查询数据库的操作并回设缓存；否则，就重试整个get缓存的方法。

缓存穿透

原因描述

指查询一个数据库一定不存在的数据，访问的数据既不在缓存，也不在数据库中，导致请求在访问缓存时，发生缓存缺失，再去访问数据库是，发现数据库中也没有访问的数据。最终数据不会写入缓存。在大量请求访问数据，导致缓存和数据库产生巨大压力【缓存及数据缺失，无法写入缓存】

解决方法

1. 在接口层增加校验：不合法的参数直接返回。不相信任务调用方，根据自己提供的API接口规范来，作为被调用方，要考虑可能任何的参数传值。
2. 在缓存查不到，DB中也没有的情况：可以将对应的key的value写为null，或者其他特殊值写入缓存，同时将过期失效时间设置短一点，以免影响正常情况。这样是可以防止反复用同一个ID来暴力攻击。
3. 正常用户是不会这样暴力功击：只有是恶意者才会这样做，可以在网关NG作一个配置项，为每一个IP设置访问阈值。
4. 高级用户布隆过滤器（Bloom Filter), 这个也能很好地防止缓存穿透。原理就是利用高效的数据结构和算法快速判断出你这个Key是否在DB中存在，不存在你return就好了，存在你就去查了DB刷新KV再return。

一张图总结一下