阿里面试Redis最常问的三个问题：缓存雪崩、击穿、穿透（带答案）

一、缓存雪崩

缓存雪崩表示在某一时间段，缓存集中失效，导致请求全部走数据库，有可能搞垮数据库，使整个服务瘫痪。

使缓存集中失效的原因：

1、redis服务器挂掉了。

2、对缓存数据设置了相同的过期时间，导致某时间段内缓存集中失效。

如何解决缓存集中失效：

1、针对原因1，可以实现redis的高可用，Redis Cluster 或者 Redis Sentinel(哨兵) 等方案。

2、针对原因2，设置缓存过期时间时加上一个随机值，避免缓存在同一时间过期。

<?php
 
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379, 60);
$redis->auth('');
 
//设置过期时间加上一个随机值
$redis->set('article_content_1', '文章内容', 60 + mt_rand(1, 60));
$redis->set('article_content_2', '文章内容', 60 + mt_rand(1, 60));

3、使用双缓存策略，设置两个缓存，原始缓存和备用缓存，原始缓存失效时，访问备用缓存，备用缓存失效时间设置长点。

//原始缓存
$redis->set('article_content_2', '文章内容', 60);
//设置备用缓存，失效时间设置长点
$redis->set('article_content_backup_2', '文章内容', 1800);

 

二、缓存穿透

缓存穿透表示查询一个一定不存在的数据，由于没有获取到缓存，所以没写入缓存，导致这个不存在的数据每次都需要去数据库查询，失去了缓存的意义。

请求的数据大量的没有获取到缓存，导致走数据库，有可能搞垮数据库，使整个服务瘫痪。

比如文章表，一般我们的主键ID都是无符号的自增类型，有些人想要搞垮你的数据库，每次请求都用负数ID，而ID为负数的记录在数据库根本就没有。

解决方案：

1、对于像ID为负数的非法请求直接过滤掉，采用布隆过滤器(Bloom Filter)。

2、针对在数据库中找不到记录的，我们仍然将该空数据存入缓存中，当然一般会设置一个较短的过期时间。

//设置文章ID为-10000的缓存为空
$id = -10000;
$redis->set('article_content_' . $id, '', 60);
 
var_dump($redis->get('article_content_' . $id));

三、缓存击穿

缓存击穿表示某个key的缓存非常热门，有很高的并发一直在访问，如果该缓存失效，那同时会走数据库，压垮数据库。

缓存击穿与缓存雪崩的区别是这里针对的是某一热门key缓存，而雪崩针对的是大量缓存的集中失效。

解决方案：

1、让该热门key的缓存永不过期。

2、使用互斥锁，通过redis的setnx实现互斥锁。

查询逻辑

如果缓存命中直接返回数据集
如果缓存没有,则尝试获取分布式锁(有超时设置)
如果没有拿到锁,则阻塞当前线程,n秒,之后再次尝试获取分布式锁(自旋,轮询,浪费CPU)
拿到锁之后检查数据是否已经被其他线程放到redis缓存中,如果redis缓存已有,直接返回redis中的数据,释放分布式锁
如果缓存没有被刷新,则查数据库
将数据库查询的结果保存到redis缓存中
返回查询结果

优点

1、数据的实时性较高，不需要其他外部系统依赖,利用了redis自己的特性,实现分布式锁，保证了同样的数据库查询同时只会查询1次,对数据库的压力较小
2、不会侵入业务代码,spring的aop就能很好的实现

不足

1、由于阻塞等待分布式锁是个自旋阻塞操作,所以其实对应用服务器来说非常浪费cpu的分片时间，如果这时候大量请求打过来, 应用服务器反而会先扛不住,因为这里会有大量的线程在自旋占用CPU，如果用户的查询是由多个系统的结果构成,每个系统的查询依赖上一个系统查询的结果,各个查询是串行的,那么自旋的睡眠时间可能会成为拖慢请求的罪魁祸首,多个系统都这么设计都在自旋睡眠,明显效率很低

适用情况

如果要求保证数据库的压力特别小,同样的请求只能查询一次数据库,
而且服务器较多,足以将多个请求分散到不同服务器,不至于造成太多线程自旋,那么可以使用这样的设计,但不推荐,因为这种自旋操作真的不是个好设计

 

<?php
 
function getRedis()
{
    $redis = new Redis();
    $redis->connect('127.0.0.1', 6379, 60);
    return $redis;
}
 
//加锁
function lock($key, $random)
{
    $redis = getRedis();
    //设置锁的超时时间，避免释放锁失败，del()操作失败，产生死锁。
    $ret = $redis->set($key, $random, ['nx', 'ex' => 3 * 60]);
    return $ret;
}
 
//解锁
function unLock($key, $random)
{
    $redis = getRedis();
    //这里的随机数作用是，防止更新缓存操作时间过长，超过了锁的有效时间，导致其他请求拿到了锁。
    //但上一个请求更新缓存完毕后，如果不加判断直接删除锁，就会误删其他请求创建的锁。
    if ($redis->get($key) == $random) {
        $redis->del($key);
    }
}
 
//从缓存中获取文章数据
function getArticleInCache($id)
{
    $redis = getRedis();
    $key = 'article_content_' . $id;
    $ret = $redis->get($key);
    if ($ret === false) {
        //生成锁的key
        $lockKey = $key . '_lock';
        //生成随机数，用于设置锁的值，后面释放锁时会用到
        $random = mt_rand();
        //拿到互斥锁
        if (lock($lockKey, $random)) {
            //这里是伪代码，表示从数据库中获取文章数据
            $value = $db->getArticle($id);
            //更新缓存，过期时间可以根据情况自已调整
            $redis->set($key, $value, 2 * 60);
            //释放锁
            unLock($lockKey, $random);
        } else {
            //等待200毫秒，然后重新获取缓存值，让其他获取到锁的进程取得数据并设置缓存
            usleep(200);
            getArticleInCache($id);
        }
    } else {
        return $ret;
    }
}