Redis的缓存雪崩、缓存击穿、缓存穿透与缓存预热

一、缓存雪崩:

1、什么是缓存雪崩:

如果缓在某一个时刻出现大规模的key失效,那么就会导致大量的请求打在了数据库上面,导致数据库压力巨大,如果在高并发的情况下,可能瞬间就会导致数据库宕机。这时候如果运维马上又重启数据库,马上又会有新的流量把数据库打死。这就是缓存雪崩。

2、问题分析:

造成缓存雪崩的关键在于同一时间的大规模的key失效,为什么会出现这个问题,主要有两种可能:第一种是Redis宕机,第二种可能就是采用了相同的过期时间。搞清楚原因之后,那么有什么解决方案呢?

3、解决方案:

(1)事前:

① 在原有key的失效时间的基础上,加上一个随机值,比如1-5分钟,这样就可以避免相同的过期时间导致缓存雪崩,造成大量数据库的访问。

② 分级缓存,第一级缓存失效的基础上,访问二级缓存,每一级缓存的失效时间都不同。

③ 保证Redis缓存的高可用,防止Redis宕机导致缓存雪崩的问题。可以使用 主从+ 哨兵,Redis集群来避免 Redis 全盘崩溃的情况。

(2)事中:

① 使用熔断机制,限流降级。当流量达到一定的阈值,直接返回“系统拥挤”之类的提示,防止过多的请求打在数据库上将数据库击垮,至少能保证一部分用户是可以正常使用,其他用户多刷新几次也能得到结果。

(3)事后:

① 开启Redis持久化机制,尽快恢复缓存数据,一旦重启,就能从磁盘上自动加载数据恢复内存中的数据。

 

二、缓存击穿:

1、什么是缓存击穿:

缓存击穿跟缓存雪崩有点类似,缓存雪崩是大规模的key失效,而缓存击穿是某个热点的key失效,大并发集中对其进行请求,就会造成大量请求读缓存没读到数据,从而导致高并发访问数据库,引起数据库压力剧增。这种现象就叫做缓存击穿。

2、问题分析:

关键在于某个热点的key失效了,导致大并发集中打在数据库上。所以要从两个方面解决,第一是否可以考虑热点key不设置过期时间,第二是否可以考虑降低打在数据库上的请求数量。

3、解决方案:

(1)热点数据缓存永远不过期。

(2)在缓存失效后,通过互斥锁或者队列来控制读数据写缓存的线程数量,比如某个key只允许一个线程查询数据和写缓存,其他线程等待。这种方式会阻塞其他的线程,此时系统的吞吐量会下

 

三、缓存穿透:

1、什么是缓存穿透:

大部分情况下,我们使用Redis都是通过Key查询对应的值,假如发送的请求传进来的key是不存在Redis中的,那么就查不到缓存,查不到缓存就会去数据库查询。

假设大量的并发,或者有人恶意频繁用一定不存在的key来访问服务器,那么每次请求都一定会打到数据库上面去,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。严重情况下,可能导致数据库承受不住而宕机崩溃。

2、问题分析:

缓存穿透的关键在于在Redis中查不到key值,它和缓存击穿的根本区别在于传进来的key在Redis中是不存在的。假如有黑客传进大量的不存在的key,那么大量的请求打在数据库上是很致命的问题,所以在日常开发中要对参数做好校验,一些非法的参数,不可能存在的key就直接返回错误提示。

3、解决方法:

(1)将无效的key存放进Redis中:

当出现Redis查不到数据,数据库也查不到数据的情况,我们就把这个key保存到Redis中,设置value="null",并设置其过期时间极短,后面再出现查询这个key的请求的时候,直接返回null,就不需要再查询数据库了。但这种处理方式是有问题的,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。

(2)使用布隆过滤器:

如果布隆过滤器判定某个 key 不存在布隆过滤器中,那么就一定不存在,如果判定某个 key 存在,那么很大可能是存在(存在一定的误判率)。于是我们可以在缓存之前再加一个布隆过滤器,将数据库中的所有key都存储在布隆过滤器中,在查询Redis前先去布隆过滤器查询 key 是否存在,如果不存在就直接返回,不让其访问数据库,从而避免了对底层存储系统的查询压力。

如何选择:针对一些恶意攻击,攻击带过来的大量key是随机,那么我们采用第一种方案就会缓存大量不存在key的数据。那么这种方案就不合适了,我们可以先对使用布隆过滤器方案进行过滤掉这些key。所以,针对这种key异常多、请求重复率比较低的数据,优先使用第二种方案直接过滤掉。而对于空数据的key有限的,重复率比较高的,则可优先采用第一种方式进行缓存。

 

四、缓存预热:

1、什么是缓存预热:

缓存预热是指系统上线后,提前将相关的缓存数据加载到缓存系统。避免在用户请求的时候,先查询数据库,然后再将数据缓存的问题,用户直接查询事先被预热的缓存数据。

2、缓存预热解决方案:

(1)直接写个缓存刷新页面,上线时手工操作下

(2)数据量不大时,可以在项目启动的时候自动进行加载

(3)定时刷新缓存

 

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