1. 穿透问题
缓存穿透问题就是查询不存在的数据。在缓存穿透中，先查缓存，缓存没有数据，就会请求到数据库上，导致数据库压力剧增。
解决方法：
- 给不存在的key加上空值，防止每次都会请求到数据库。
- 布隆过滤器，做一次过滤
1.1 使用缓存空值解决缓存击穿问题
- 根据id=1来请求
- redis存在数据
2.1. 存储的是空值{}，那么返回null
2.2. 存储的不是空值，说明存储的是真实的数据库数据- redis不存在数据
- 查询数据库
4.1. 数据库存在数据，那么缓存数据到redis，返回真实的数据
4.2. 数据库不存在数据，那么缓存空对象 {}，设置一个过期时间，返回空
@Component
public class RedisCacheClient {
private final StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
public RedisCacheClient(StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
}
private void set(String key, Object value, Long time, TimeUnit timeUnit) {
stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(value), time, timeUnit);
}
private String get(String key) {
return stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);
}
public <ID, R> R queryWithPassThrough(String keyPrefix, ID id, Class<R> clazz,
Function<ID, R> dbFallBack, Long time, TimeUnit unit) {
String key = keyPrefix + id;
// 1.从redis查询数据
String json = get(key);
// 2.判断数据是否存在
if (RedisConstants.EMPTY_OBJECT_JSON.equals(json)) {
return null; //缓存的空对象值
}
if (StrUtil.isNotEmpty(json)) {
return JSONUtil.toBean(json, clazz);
}
// 3.不存在，根据id查询数据库
R r = dbFallBack.apply(id);
if (r != null) {
set(key, r, time, unit);
return r;
}
// 4.存储空对象
set(key, RedisConstants.EMPTY_OBJECT_JSON /*{}*/, RedisConstants.CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.SECONDS);
return null;
}
}
1.2 使用布隆过滤器做初次判断
对于恶意攻击，向服务器请求大量不存在的数据造成的缓存穿透，还可以用布隆过滤器先做一次过滤，对于不存在的数据，布隆过滤器一般都能够过滤掉，不让请求再往后端发送。当布隆过滤器说某个值存在时，这个值可能不存在；当它说不存在时，那就肯定不存在。
布隆过滤器就是一个大型的位数组和几个不一样的无偏 hash 函数。所谓无偏就是能够把元素的 hash 值算得比较均匀。
向布隆过滤器中添加 key 时，会使用多个 hash 函数对 key 进行 hash 算得一个整数索引值然后对位数组长度 进行取模运算得到一个位置，每个 hash 函数都会算得一个不同的位置。再把位数组的这几个位置都置为 1 就 完成了 add 操作。向布隆过滤器询问 key 是否存在时，跟 add 一样，也会把 hash 的几个位置都算出来，看看位数组中这几个位置是否都为 1，只要有一个位为 0，那么说明布隆过滤器中这个key 不存在。如果都是 1，这并不能说明这个key 就一定存在，只是极有可能存在，因为这些位被置为 1 可能是因为其它的 key 存在所致。如果这个位数组比较稀疏，这个概率就会很大，如果这个位数组比较拥挤，这个概率就会降低。
这种方法适用于数据命中不高、 数据相对固定、 实时性低（通常是数据集较大） 的应用场景， 代码维护较为复杂， 但是缓存空间占用很少。
1.2.1 导入pom坐标
<dependency>
<groupId>org.redisson</groupId>
<artifactId>redisson</artifactId>
<version>3.13.6</version>
</dependency>
1.2.2 布隆过滤器代码示例
class Main {
private RedissonClient redissonClient;
void test() {
RBloomFilter<String> bloomFilter = redissonClient.getBloomFilter("orderList");
// 1.初始化布隆过滤器：预计元素为100000000L，误判率为3%，根据这两个参数会计算出底层的bit数组大小
bloomFilter.tryInit(100000000L, 0.03);
// 2.添加元素到bloomFilter
bloomFilter.add("ayuan");
// 3.判断下面的数据是否在布隆过滤器中
System.out.println(bloomFilter.contains("asheng"));
System.out.println(bloomFilter.contains("longge"));
System.out.println(bloomFilter.contains("ayuan"));
}
}
使用布隆过滤器需要把所有数据提前放入布隆过滤器，并且在增加数据时也要往布隆过滤器里放，布隆过滤器缓存过滤伪代码：
1.2.3 布隆过滤器实战
class Main {
@Autowired
private RedissonClient redissonClient;
private RBloomFilter<String> bloomFilter;
@PostConstruct
void init() {
// 1.初始化布隆过滤器
bloomFilter = redissonClient.getBloomFilter("orderList");
// 初始化布隆过滤器：预计元素为100000000L，误判率为3%，根据这两个参数会计算出底层的bit数组大小
bloomFilter.tryInit(100000000L, 0.03);
// 2.加载所有的数据加载到布隆过滤器
// for (String key : keys) {
// bloomFilter.add(key);
// }
}
@Test
String get(String key) {
// 3.从布隆过滤器这一级缓存判断key是否存在
boolean isContains = bloomFilter.contains(key);
if (!isContains) {
return "";
}
// 4.业务逻辑开发
}
}
但是布隆过滤器无法删除某一个元素，如果要删除得重新初始化数据
2. 击穿问题
缓存击穿中，请求的 key 对应的是热点数据 ，该数据存在于数据库中，但不存在于缓存中（通常是因为缓存中的那份数据已经过期） 。这就可能会导致瞬时大量的请求直接打到了数据库上，对数据库造成了巨大的压力，可能直接就被这么多请求弄宕机了。
![[图片]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/5c2b0b7ba7284ef3b2cc862864dc5b00.png)
解决方案：
- 基于互斥锁（看情况）：在缓存过期后，通过设置互斥锁确保只有一个请求去查询数据库并且更新缓存。
- 提前预热（推荐）：针对热点数据提前预热，并将其入缓存中并设置合理的过期事件，比如：秒杀场景下的数据在秒杀结束前永不过期。
- 数据永不过期（不推荐）：设置热点数据永不过期或者过期时间比较长。
2.1 基于互斥锁解决缓存击穿问题
@Component
public class RedisCacheClient {
private final StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
private final RedissonClient redissonClient;
public RedisCacheClient(StringRedisTemplate stringRedisTemplate, RedissonClient redissonClient) {
this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
this.redissonClient = redissonClient;
}
private void set(String key, Object value, Long time, TimeUnit timeUnit) {
stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(value), time, timeUnit);
}
private String get(String key) {
return stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);
}
public <ID, R> R query(String keyPrefix, ID id, Class<R> clazz,
Function<ID, R> dbFallBack, Long time, TimeUnit unit) {
String key = keyPrefix + id;
// 1.从redis查询数据
String json = get(key);
// 2.判断数据是否存在
if (RedisConstants.EMPTY_OBJECT_JSON.equals(json)) {
return null; //缓存的空对象值
}
if (StrUtil.isNotEmpty(json)) {
return JSONUtil.toBean(json, clazz);
}
//加锁，防止缓存击穿问题 -> redis的热点key问题
RLock redissonClientLock = redissonClient.getLock(RedisConstants.DISTRIBUTED_LOCK + key);
redissonClientLock.lock(); //加锁
try {
//dcl判断锁是否存在了
json = get(key);
if (json != null) {
return queryWithPassThrough(keyPrefix, id, clazz, dbFallBack, time, unit);
}
//3. 不存在，根据id查询数据库
R r = dbFallBack.apply(id);
if (r != null) {
set(key, r, time, unit);
return r;
}
// 存储空对象
set(key, RedisConstants.EMPTY_OBJECT_JSON, RedisConstants.CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.SECONDS);
return null;
} finally {
redissonClientLock.unlock();
}
}
}
3. 雪崩问题
缓存宕机或者在同一时间大面积的失效，导致大量的请求都直接落到了数据库上，对数据库造成了巨大的压力。
解决方式：
- 设置随机失效时间(可选)：为缓存设置随机的失效时间，例如在固定过期时间的基础上加上一个随机值，这样可以避免大量缓存同时到期，从而减少缓存雪崩的风险。（例如：批量导入数据到redis的时候，如果设置过期时间一致，那么就会数据就会在同一时刻过期删除）。
- 多级缓存：设计多级缓存，例如本地缓存+Redis 缓存的二级缓存组合，当 Redis 缓存出现问题时，还可以从本地缓存中获取到部分数据。
- Redis集群：采用 Redis 集群，避免单机出现问题整个缓存服务都没办法使用。比如：Redis Sentinel哨兵集群、Redis Cluster分片集群。
- 限流：如果发现读请求太多，可以采用限流的策略。
