通用的缓存击穿穿透处理

A. 什么是缓存穿透

缓存穿透又称缓存击穿,是指在高并发场景下缓存中(包括本地缓存和Redis缓存)的某一个Key被高并发的访问没有命中,此时回去数据库中访问数据,导致数据库并发的执行大量查询操作,对DB造成巨大的压力。

B. redis常见问题

1. 缓存击穿

缓存击穿是指一个请求要访问的数据，缓存中没有，但数据库中有的情况。这种情况一般都是缓存过期了。

但是这时由于并发访问这个缓存的用户特别多，这是一个热点 key，这么多用户的请求同时过来，在缓存里面没有取到数据，所以又同时去访问数据库取数据，引起数据库流量激增，压力瞬间增大，直接崩溃给你看。

所以一个数据有缓存，每次请求都从缓存中快速的返回了数据，但是某个时间点缓存失效了，某个请求在缓存中没有请求到数据，这时候我们就说这个请求就"击穿"了缓存。

针对这个场景，对应的解决方案一般来说有三种。

借助Redis setNX命令设置一个标志位就行。设置成功的放行，设置失败的就轮询等待。就是在更新缓存时加把锁

后台开一个定时任务，专门主动更新过期数据

比如程序中设置 why 这个热点 key 的时候，同时设置了过期时间为 10 分钟，那后台程序在第 8 分钟的时候，会去数据库查询数据并重新放到缓存中，同时再次设置缓存为 10 分钟。

其实上面的后台续命思想的最终体现是也是永不过期。

只是后台续命的思想，会主动更新缓存，适用于缓存会变的场景。会出现缓存不一致的情况，取决于你的业务场景能接受多长时间的缓存不一致。

2. 缓存穿透

缓存穿透是指一个请求要访问的数据，缓存和数据库中都没有，而用户短时间、高密度的发起这样的请求，每次都打到数据库服务上，给数据库造成了压力。一般来说这样的请求属于恶意请求。

解决方案有两种：

就是在数据库即使没有查询到数据，我们也把这次请求当做 key 缓存起来，value 可以是 NULL。下次同样请求就会命中这个 NULL，缓存层就处理了这个请求，不会对数据库产生压力。这样实现起来简单，开发成本很低。

3. 缓存雪崩

缓存雪崩是指缓存中大多数的数据在同一时间到达过期时间，而查询数据量巨大，这时候，又是缓存中没有，数据库中有的情况了。

防止雪崩的方案简单来说就是错峰过期。

在设置 key 过期时间的时候，在加上一个短的随机过期时间，这样就能避免大量缓存在同一时间过期，引起的缓存雪崩。

如果发了雪崩，我们可以有服务降级、熔断、限流手段来拒绝一些请求，保证服务的正常。但是，这些对用户体验是有一定影响的。

4. Redis 高可用架构

Redis 高可用架构，大家基本上都能想到主从、哨兵、集群这三种模式。

哨兵模式：

它主要执行三种类型的任务：

哨兵其实也是一个分布式系统，我们可以运行多个哨兵。

然后这些哨兵之间需要相互通气，交流信息，通过投票来决定是否执行自动故障迁移，以及选择哪个从服务器作为新的主服务器。

哨兵之间采用的协议是 gossip，是一种去中心化的协议，达成的是最终一致性。

选举规则：

C. 什么是缓存穿透有哪些解决办法

缓存穿透：指查询一个不存在的数据，由于缓存是不命中时需要从数据库查询，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数据库去查询，造成缓存穿透。
解决方案：最简单的方法是如果一个查询返回的数据为空（不管是数据不存在，还是系统故障），我们就把这个空结果进行缓存，但它的过期时间会很短，最长不超过五分钟。
一些不合法的参数请求直接抛出异常信息返回给客户端。比如查询的数据库 id 不能小于 0、传入的邮箱格式不对的时候直接返回错误消息给客户端等

D. 缓存击穿、穿透、雪崩及Redis分布式锁

分布式锁: setnx ,redisson 并发问题
幂等问题: 落表状态,Redis

缓存击穿: 指缓存中无,db中有
原因: 一个key高并发恰好失效导致大量请求到db
方案: 加锁,自旋锁,或一个线程查db,一个线程监控(直接用Redisson分布式锁)

缓存穿透:指缓存和db中均无
原因: 一般是恶意请求
方案: 加布隆过滤,或查db无时,也设置缓存,value为某些特殊表示或"null"

雪崩:指缓存同时大量失效
原因: 大量的key同时失效,db压力加大
方案: 设置失效时间是增加随机数

问题方案文献:
https://www.jianshu.com/p/31ab9b020cd9 (图例分析)

https://blog.csdn.net/fcvtb/article/details/89478554

Redis分布式锁:

事务未执行完锁已到期释放问题：使用Redissoin解决续租问题，内部已解决

分布式锁文献:
https://www.jianshu.com/p/4838f8be00c9
https://blog.csdn.net/qq_30038111/article/details/90696233 (setnx + expire同时操作)

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https://www.runoob.com/redis/keys-scan.html
https://www.jianshu.com/p/611a492d9121 Redis原理与应用

E. 该怎么解决 Redis 缓存穿透和缓存雪崩问题

缓存雪崩： 由于缓存层承载着大量请求，有效地 保护了存储层，但是如果缓存层由于某些原因不能提供服务，比如 Redis 节点挂掉了，热点 key 全部失效了，在这些情况下，所有的请求都会直接请求到数据库，可能会造成数据库宕机的情况。
预防和解决缓存雪崩问题，可以从以下三个方面进行着手：
1、使用 Redis 高可用架构：使用 Redis 集群来保证 Redis 服务不会挂掉
2、缓存时间不一致： 给缓存的失效时间，加上一个随机值，避免集体失效
3、限流降级策略：有一定的备案，比如个性推荐服务不可用了，换成热点数据推荐服务
缓存穿透： 缓存穿透是指查询一个根本不存在的数据，这样的数据肯定不在缓存中，这会导致请求全部落到数据库上，有可能出现数据库宕机的情况。
预防和解决缓存穿透问题，可以考虑以下两种方法：
1、缓存空对象： 将空值缓存起来，但是这样就有一个问题，大量无效的空值将占用空间，非常浪费。
2、布隆过滤器拦截： 将所有可能的查询key 先映射到布隆过滤器中，查询时先判断key是否存在布隆过滤器中，存在才继续向下执行，如果不存在，则直接返回。布隆过滤器有一定的误判，所以需要你的业务允许一定的容错性。

F. redis缓存穿透，频繁查询db，怎么解决

首先要明白redis数据库

redis内存数据库, 所数据基本都存于内存, 定追加或者快照式刷新硬盘.
由于redis内存数据库, 所读取写入速度非快, 所经用做数据, 页面等缓存