Redis应用问题-缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩（九）

一、缓存穿透#

导致缓存穿透的原因：

1. Redis查询不到数据库
2. 出现很多非正常url访问

缓存穿透的现象：

1. 应用服务器压力变大了
2. Redis命中率降低了
3. 一直去查询数据库

1.1 问题描述#

1.2 解决方案#

一个一定不存在缓存及查询不到的数据，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。

1. 对空值缓存

   如果一个查询返回的数据为空（不管数据是否不存在），我们仍然把这个空结果（null）进行缓存，设置空结果的过期时间短一些，最长不超过5分钟。

2. 设置可访问的白名单

   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bitmaps里面的id做比较，如果访问id不在bigmaps里面，进行拦截，不允许访问。

3. 采用布隆过滤器

   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。

4. 进行实时监控

   当发现Redis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#

导致缓存击穿的原因：

1. redis某个key过期了，大量访问使用这个key

缓存击穿的现象：

1. 数据库访问压力瞬时增加
2. redis里面没有出现大量key过期
3. redis正常运行

2.1 问题描述#

2.2 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。

1. 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。

2. 实时调整

   现场监控哪些数据热门，实时调整key的过期时长。

3. 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#

导致缓存雪崩的原因：

1. 在极少的时间段内，查询大量key的集中过期情况

缓存雪崩的现象：

1. 数据库压力变大服务器崩溃

3.1 问题描述#

3.2 解决方案#

缓存失效时的雪崩效应对于底层系统的冲击非常可怕！！！

1. 构建多级缓存架构

   nginx缓存 + redis缓存 + 其他缓存（ehcache等）

2. 使用锁或队列

   用加锁或者队列的方式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请求落到底层存储系统上。不适用高并发情况。

3. 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。

4. 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会降低，就很难引发集体失效的事件。

四、分布式锁#

4.1 问题描述#

随着业务发展的需要，原单体单机部署的系统被演化成分布式集群系统后，由于分布式系统多线程、多进程并且分布在不同机器上，这将使原单机部署情况下的并发控制锁策略失效，单纯的 Java API 并不能提供分布式锁的能力。为了解决这个问题就需要一种跨 JVM 的互斥机制来控制共享资源的访问，这就是分布式锁要解决的问题！

一把锁，让整个集群都能识别和共享。

分布式锁主流的实现方案：

1. 基于数据库实现分布式锁
2. 基于缓存（Redis等）
3. 基于Zookeeper

每一种分布式锁解决方案都有各自的优缺点：

1. 性能：Redis最高
2. 可靠性：Zookeeper最高

这里，我们就基于Redis实现分布式锁。

1. 使用setnx上锁，通过del释放锁

2. 锁一直没有释放，设置key过期时间，自动释放

   setnx user 10
   
   expire user 10
   

3. 上锁之后突然出现异常，无法设置过期时间了

   上锁时同时设置过期时间就可以了

   set users 10 nx ex 12
   

4.2 UUID防止误删锁#

配置锁是10秒种过期。

a先操作，上锁，开始具体操作。然后a服务器卡顿了，没有宕机，只是卡顿，结果超过10秒种了，锁由于机制自动释放。

当锁被释放了，b和c开始抢锁，假设b抢到了锁，再上锁，开始具体操作了。

可是这时，a服务器好了，不卡顿了，但程序没执行完，最终手动释放锁了。可是，此时的锁在b身上，结果b身上的锁被a手动释放了。

解决方案：

使用UUID，标记自身的锁。自己只能释放自己上的锁。

# 第一步 UUID表示不同的操作
set lock uuid nx ex 10

# 释放锁的时候，首先判断当前uuid和要释放的锁uuid是否一样。

参考资源：

• B站尚硅谷：https://www.bilibili.com/video/BV1Rv41177Af?p=1