Redis 的缓存雪崩、击穿、穿透及其解决办法

本篇文章回顾 Redis 当中缓存崩溃、击穿、穿透现象以及相应的解决办法，主要的参考资料是：https://www.csview.cn/redis/application.html。

缓存雪崩

当大量 Redis 中的数据同时过期或 Redis 宕机时，如果此时恰好有大量的用户请求，由于 Redis 无法处理这些请求，请求直接访问数据库，从而使得数据库的压力骤升，严重情况下会导致数据库宕机，进而导致整个服务崩溃。

解决办法

针对大量数据同时过期

• 均匀设置过期时间：以避免大量数据同时过期；
• 互斥锁：业务线程处理用户请求时，如果发现数据不在 Redis 中，就加互斥锁，保证同一时间内只有一个请求在构建缓存。未能获取互斥锁的请求等待锁释放后重新读取缓存，或返回空值或默认值。
• 双 key 策略：设置一个主 key 和一个备 key，当主 key 访问不到数据时，请求到备 key 寻找数据。主 key 设置过期时间，而备 key 不设置过期时间，缓存更新时，同时更新两个 key 中的 value。
• 后台更新缓存：业务线程不再负责更新缓存，缓存也不设置有效期，而是让缓存“永久有效”，更新缓存的工作交给后台线程定期完成。

针对 Redis 故障宕机

• 服务熔断或限流请求：启动服务熔断机制，暂停业务应用对缓存服务的访问，直接返回错误。服务熔断之后暂时不会有请求访问数据库，保证数据库系统的正常运行。Redis 恢复正常后，再允许业务应用访问缓存服务。也可以启用限流机制，只将少部分请求发送到数据库处理。
• 构建高可靠集群：通过主从结点的方式构建 Redis 缓存高可靠集群。如果 Redis 缓存的主结点宕机，则从结点切换为主结点继续提供缓存服务，避免由 Redis 宕机导致的缓存雪崩问题。

缓存击穿

如果缓存中某个热点数据过期，此时大量的请求访问热点数据，就无法从缓存直接读取了，而是直接访问数据库，数据库很容易因大量的高并发请求而被冲垮。

解决方案

• 互斥锁：保证同一时间只有一个业务线程更新缓存，未能获取互斥锁的请求，要么等待锁释放后重新读取缓存，要么返回空值或默认值。
• 不给热点数据设置过期时间。

缓存穿透

当用户访问的数据，既不在缓存中，也不再数据库中，导致请求在访问缓存时，发现缓存中数据丢失，进而去数据库查找数据，发现没办法构建缓存，来服务后续的请求。当有大量这样的请求到来时，会导致数据库的压力骤增，这就是缓存穿透问题。

解决方案

• 非法请求的限制：当有大量恶意请求访问不存在的数据时，就会发生缓存穿透。可以在 API 入口处判断请求是否合理，如果判断出是恶意请求，就直接返回错误，避免该请求进一步访问缓存或数据库。
• 缓存空值或默认值：当线上业务发现缓存穿透现象时，可以针对查询的数据，在缓存中设置一个空值或默认值，这样后续的请求就可以从缓存中获取空值或默认值，进而不会再继续去访问数据库了。
• 使用布隆过滤器快速判断数据是否存在，避免通过查询数据库来判断数据是否存在：写入数据库时，使用布隆过滤器做标记，然后在用户请求到来时，业务线程确认缓存失效后，通过查询布隆过滤器快速判断数据是否存在。如果数据不存在，就不需要查询数据库了。