redis 缓存穿透、击穿、雪崩

缓存穿透

缓存穿透指的是，当我们访问某个缓存 key 时，若此 key 不存在于缓存中，则会去查DB数据库，但也没有数据，而后续请求都直接打到DB数据库上。在流量大时，可能DB数据库就挂掉了。缓存和数据库都查询不到这条数据的现象我们称为缓存穿透。要是有人利用不存在的key频繁攻击我们的应用，这就是漏洞。

解决办法

• 给缓存手动设置一个默认值，不去查询DB数据库。
• 把查询DB数据的结果都放入缓存。即使查询返回的为空，仍然将这个空结果存入到缓存中，但是它的过期时间非常的短，如30秒，最长不会超过5分钟。这样可以防止攻击者反复暴力攻击。
• 使用布隆过滤器（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。

这样处理的原因是，即使当前查询的 key 为空字符串，或者空数组，非null值，结果也会被缓存起来。后续请求进来发现已经有缓存了，就直接走缓存。

缓存击穿

在平常高并发的系统中，大量的请求同时查询一个 key 时，此时这个key正好缓存时间到期，失效了，就会导致大量的请求都打到DB数据库上面去。这时由于并发用户特别多，同时读缓存没读到数据，又同时去数据库去取数据，引起数据库压力瞬间增大，造成过大压力。缓存中没有数据值，但数据库中有此值（一般是缓存时间到期），这种现象我们称为缓存击穿。

解决办法

• 设置热点数据永远不过期。
• 使用互斥锁。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 mutex key，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。其他的线程走到这一步拿不到锁就等着，等第一个线程查询到了数据，然后做缓存。后面的线程进来发现已经有缓存了，就直接走缓存。
  若系统的并发很高，当缓存过期时，则大量的请求会穿透缓存，同时到DB中查询，那我们可以设置缓存当缓存过期时，只去DB中请求一次并缓存吗？可以，我们可以使用 redis 的setnx()，意思是（set Not Exists），如果$key不存在则设置，存在则不进行任何操作。设置成功设置返回1，说明当前的请求获得了当前的操作权限，设置失败返回0，说明此资源已经被其他请求获得

给存入缓存的数据增加一个过期时间字段暂时：

public function getArticlesLock($key)
{
    $time = time();
    $expire = 10 * 2;
    $lockKey = 'lock:k';
    $data = Cache::get($key);
 
    if (!is_null($data)) {
        //缓存未过期
        if ($data['expire'] > time()){
            return $data['data'];
        }
 
        //加锁失败说明已经有请求执行加锁，返回之前的缓存数据
        if (!Redis::setnx($lockKey,1)) {
            return $data['data'];
        }
    }
 
    sleep(3);
    $datat = $this->searchDB();
    $data = [
        'data' => $datat,
        'expire' => $time + $expire - 10
    ];
    $r = Cache::put($key, $data, $expire);
 
 
    //解锁
    Redis::del($lockKey);
    return $data['data'];
}

缓存雪崩

某时刻发生大规模的缓存失效的情况，比如你的缓存服务宕机了，会有大量的请求进来直接打到DB数据库上面，DB数据库压力瞬间增大，结果就是DB数据库支撑不住而崩溃。和缓存击穿不同的是，缓存击穿指并发查同一条数据，缓存雪崩是不同数据都过期了，很多数据都查不到从而查数据库。

解决办法

• 设置热点数据永远不过期。
• 设置不同的失效时间。为了避免这些热点的数据集中失效，那么我们在设置缓存过期时间的时候，我们让他们失效的时间错开。比如在一个基础的时间上加上或者减去一个范围内的随机值。
• 缓存的高可用性。缓存层设计成高可用，防止缓存大面积故障。即使个别节点、个别机器、甚至是机房宕掉，依然可以提供服务，例如 Redis Sentinel 和 Redis Cluster 都实现了高可用。
• 缓存备份和快速预热。比如：Redis持久化机制，尽快恢复缓存集群。一旦重启，就能从磁盘上自动加载数据恢复内存中的数据。

缓存预热

缓存预热就是系统上线后，将相关的缓存数据直接加载到缓存系统。这样就可以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！

• 直接写个缓存刷新页面，上线时手工操作下；
• 数据量不大，可以在项目启动的时候自动进行加载；

目的就是在系统上线前，将数据加载到缓存中。