关于redis:聊聊Redis热点key热点问题

缓存穿透、缓存击穿和缓存雪崩是 Redis 面试当中和理论开发中，常常须要思考的一个问题。很多人对该问题的产生、起因和解决方案还是不够清晰。其实大家针对该三种状况，去仔细分析一个产生的原理就能很好的找到一个好的解决方案。

本文通过定义、案例、危害和解决方案的几个角度，来帮忙你疾速理解该三个问题。

置信大家在网上也看到很多解决这三种问题的解决方案，其中的一些计划是否是一个 正确的 计划呢？本文也将一一剖析此类计划的优缺点。

下图为本文的内容纲要，文章也是围绕这几点进行剖析与总结。

缓存穿透、缓存击穿和缓存雪崩都是因为缓存中数据不存在，导致走数据库去查问数据。
因为缓存数据不存在，所有的申请都会走到数据库，因而会导致数据库的压力过大甚至呈现服务解体，导致整个零碎无奈应用。

定义：缓存穿透是因为客户端求的数据在缓存中不存在，而后去查询数据库，然而数据库没有客户端要查问的数据，导致每一次申请都会走数据库查问操作。真正的问题在于该数据自身就是不存在的。

举例：客户端申请商品详情信息时，携带一个商品 ID，此时该商品 ID 是不存在的(不论是缓存中还是数据库中)。导致每一次申请该 ID 商品的数据信息都会走数据库。

危害：因为申请的参数对应的数据基本不存在，会导致每一次都会申请数据库，减少数据库的压力或者服务解体，更有甚至影响到其余的业务模块。常常产生在用户 歹意申请 的状况下会产生。

解决方案：

依据申请的参数缓存一个 null 值。并且为该值设置一个过期工夫，能够将工夫设置短暂一点。
应用布隆过滤器，首先通过布隆过滤器进行筛选，如果在过滤器中存在则去查询数据库，而后增加到缓存中。如果不存在则间接返回客户端数据不存在。
因为缓存穿透可能是用户发动歹意申请，能够将用户 ip 给记录下来，针对歹意的 ip 申请进行封禁。

计划剖析：

第一种计划，针对不存在的 key，会缓存一个空的值。假如这样的申请特地多，是否都会一一去设置一个空值的缓存，此时 Redis 中就存在大量有效的缓存空值。假如这样的 key 是商品或者文章类的 ID，咱们在设置空值之后，如果后盾增加数据应该去更新 ID 对应的缓存值，并设置一个正当的过期工夫。
第二种计划，也是业界应用最多的一种计划。布隆过滤器的长处在于基于 Redis 实现，内存操作并且底层的实现也是十分节约内存。对于布隆过滤器的介绍，能够参考该文章。当后盾增加数据胜利时，将该数据的 ID 增加到布隆过滤器中，前端在申请时先走布隆过滤器进行验证是否存在。但布隆过滤器也存在一个弊病，就是 hash 抵触问题。这里的 hash 抵触是什么意思呢？就是说多个 ID 在进行 hash 计算时，失去的 hash 位都是同一个值，这就导致在验证是否存在时误判。自身是有的，失去的后果是没有。布隆过滤器的一个弊病就是，它说有并不一定有，它说没有就一点是没有的。
第三种计划，针对同一用户一段时间内发动大量的申请，触发缓存穿透机制，此时咱们能够显示该客户端的拜访。但攻击者如果是发动 DDOS 这样的攻打，是没法齐全的防止此类攻打，因而这种计划不是一个很好的解决方案。

计划总结：

咱们首先在申请层面减少第 3 中计划，做一个限流机制、IP 黑名单机制，管制一些歹意的申请，如果是误判咱们能够实现 IP 解封这样的操作。在缓存层则应用第 1 中计划实现。设置一个正当的缓存工夫。
对于能容忍误判的业务场景，能够间接才用第 2 中计划实现。齐全基于 Redis，缩小了零碎的复杂度。

定义：缓存击穿是因为某个热点 key 不存在，导致走数据库查问。减少了数据库的压力。这种压力可能是霎时的，也可能是比拟长久的。真正的问题在于该 key 是存在，只是缓存中不存在，导致走数据库操作。

举例：有一个热门的商品，用户查看商品详情时携带商品的 ID 以获取到商品的详情信息。此时缓存中的数据曾经过期了，因而来的所有申请都要走数据库去查问。

危害：绝对缓存穿透而言，该数据在数据库中是存在的，只是因为缓存过期了，导致要走一次数据库，而后在增加到缓存中，下次申请就能失常走缓存。所谓的危害同样的还是针对数据库层面的危害。

解决方案：

加互斥锁。针对第一个申请，发现缓存中没有数据，此时查询数据库增加到缓存外面。这样前面的申请就不须要走数据库查问。
减少业务逻辑过期工夫。在设置缓存时，咱们能够增加一个缓存过期工夫。每次去读取的时候，做一个判断，如果这个过期工夫与以后工夫小于一个范畴，触发一个后盾线程，去数据库拉取一下数据，接着更新一下缓存数据和缓存的过期工夫。其实原理就是代码层面给缓存缩短缓存时长。
数据预热。实现通过后盾把数据增加到缓存外面。例如秒杀场景开始前，就把商品的库存增加到缓存外面，这样用户申请来了之后，就间接走缓存。
永恒不过期。在给缓存设置过期工夫时，让它永恒不过期。后盾独自开启一个线程，来保护这些缓存的过期工夫和数据更新。

计划剖析：

互斥锁保障了只有一个申请走数据库，这是一个长处。然而对于分布式的零碎，得才用分布式锁实现，分布式锁的实现自身就有肯定的难点，这样晋升了零碎的复杂度。对于 Redis 分布式的介绍，能够参考该文章。
第 2 种计划，利用 Redis 不过期，业务过期的计划实现。保障了每一次申请都能拿到数据，同时也能够做到一个后盾线程去更新数据。毛病在于后盾线程没有更新完数据，此时申请拿到的数据是旧数据，可能对应实时性要求高的业务场景存在弊病。
第 3 种计划，应用缓存预热每次加载都走缓存，与第 2 种计划差不多。不过也存在热点数据更新问题，因而该计划适宜数据实时性要求不高的数据。
第 4 中计划，和第 2、3 种计划相似，在此基础上进行了肯定优化，应用后盾异步线程被动去更新缓存数据。难点在于更新的频率管制。

计划总结：

对于实时性要求高的数据，举荐应用第 1 种计划，尽管在技术上有肯定的难度然而能做到数据的实时性解决。如果产生某些申请等待时间久，能够返回异样，让客户端从新发送一次申请。
对于实时性要求不高的数据，能够应用第 4 种计划。

定义：后面在说到缓存击穿，是因为缓存中的某个热点 key 生效，导致大量申请走数据库。然而缓存雪崩其实也是同样的情理，只不过这个更重大而已，是大部分缓存的 key 生效，而不是一个或者两个 key 生效。

举例：在一个电商零碎中，某一个分类下的商品数据在缓存中都生效了。然而以后零碎的很多申请都是该分类上面的商品数据。这样就导致所有的申请都走数据库查问。

危害：因为一瞬间大量的申请涌入，每一个申请都要走数据库进行查问。数据库霎时流量涌入，重大减少数据库累赘，很容易导致数据库间接瘫痪。

解决方案：

缓存工夫随机。因为某一时间，大量的缓存生效，阐明缓存的过期工夫比拟集中。咱们间接将过期的工夫设置为不集中，随机打乱。这样缓存过期工夫绝对不会很集中，就不会呈现同一时刻大量申请走数据库进行查问操作。
多级缓存。不单纯的靠 Redis 来做缓存，咱们也能够应用 memcached 来做缓存(这里只是举一个例子，其余的缓存服务也能够)。缓存数据时，对 Redis 做一个缓存，对 memcached 做一个缓存。如果 Redis 生效了，咱们能够走 memcached。
互斥锁。缓存击穿中咱们提到了应用互斥锁来实现，同样咱们也能够用在雪崩的状况下。
设置过期标记。其实也能够用到缓存击穿中讲到的永恒不过期。当申请时，判断过期工夫，如果邻近过期工夫则设置一个过期标记，触发一个独立的线程去对这个缓存进行更新。

计划剖析：

第 1 种计划采纳随机数缓存工夫，能保障 key 的生效工夫扩散。难点在于如何设置缓存工夫，如果对于一些须要设置短缓存工夫并数据量十分大的数据，该计划就须要正当的管制工夫。
第 2 种计划应用多级缓存，能够保障申请全副走缓存数据。但这样减少了零碎的架构难度，以及其余的各种问题，例如缓存多级更新。
第 3 种计划应用互斥锁，在缓存击穿中咱们提到了互斥锁，在雪崩的场景中咱们尽管能应用，然而这样会产生大量的分布式锁。
第 4 种计划应用逻辑缓存工夫，很好的保障了零碎的缓存压力。

计划总结：
在理论的我的项目中举荐应用第 1、2 和 4 种计划试下会更好一些。

缓存穿透是因为数据库自身没有该数据。
缓存击穿和缓存雪崩是数据库中存在该数据，只是缓存中的数据生效了，导致从新要查问一次数据库再增加到缓存中去。
缓存击穿是针对局部热点 key，而缓存雪崩是大面积缓存生效。两则原理上其实是一样的，无非就是针对缓存的 key 的划分不同而已。

阐明

三者比拟

缓存穿透

缓存击穿

缓存雪崩

总结