redis 緩存雪崩 && 緩存擊穿 && 緩存穿透

什么是緩存雪崩

當我們提到緩存系統(tǒng)中的問題，緩存雪崩是一個經(jīng)常被討論的話題。緩存雪崩是指在某一時刻發(fā)生大量的緩存失效，導致瞬間大量的請求直接打到了數(shù)據(jù)庫，可能會導致數(shù)據(jù)庫瞬間壓力過大甚至宕機。尤其在高并發(fā)的系統(tǒng)中，這種情況會導致連鎖反應，整個系統(tǒng)可能會崩潰。

緩存雪崩的成因

• 大量緩存同時設(shè)置相同的過期時間：如果在某一時刻設(shè)置了大量的緩存數(shù)據(jù)，并為它們都設(shè)置了相同的過期時間，那么在未來的某一時刻，這些緩存數(shù)據(jù)都會同時失效。
• Redis宕機：如果因為某種原因，Redis服務(wù)器突然宕機，那么所有的緩存數(shù)據(jù)都會消失，導致所有的請求都直接訪問數(shù)據(jù)庫。
• 誤刪緩存數(shù)據(jù)：如果由于某種原因，大量的緩存數(shù)據(jù)被誤刪除，那么也會引發(fā)緩存雪崩。

如何預防緩存雪崩

• 設(shè)置隨機過期時間：為了防止大量的緩存同時失效，我們可以為每個緩存設(shè)置一個隨機的過期時間，這樣就可以確保不會有太多的緩存同時失效。
• 使用熔斷機制：在系統(tǒng)中加入熔斷機制，當數(shù)據(jù)庫請求到達一定的閾值時，直接拒絕部分請求，以保護數(shù)據(jù)庫不被過度訪問。
• 雙層緩存策略：可以使用兩層緩存，一層是熱數(shù)據(jù)的緩存，另一層是冷數(shù)據(jù)的緩存。熱數(shù)據(jù)緩存失效后，可以先訪問冷數(shù)據(jù)緩存，而不是直接訪問數(shù)據(jù)庫。
• 數(shù)據(jù)預熱：在系統(tǒng)啟動后，預先加載部分常用的數(shù)據(jù)到緩存中，減少在高峰期的數(shù)據(jù)庫訪問。
• 使用高可用架構(gòu)：如使用Redis的哨兵模式或者集群模式，確保Redis服務(wù)的高可用。
• 備份和恢復策略：定期備份Redis數(shù)據(jù)，并確保在Redis宕機后，可以快速恢復數(shù)據(jù)。

什么是緩存穿透？

在使用緩存的應用程序中，緩存穿透是一種指請求查詢一個不存在的數(shù)據(jù)，由于緩存層不存在這個數(shù)據(jù)，所以請求會穿過緩存層直接查詢數(shù)據(jù)庫，導致數(shù)據(jù)庫壓力增加。緩存穿透通常發(fā)生在惡意攻擊或者系統(tǒng)設(shè)計不當?shù)那闆r下。

導致緩存穿透的原因

• 惡意攻擊：攻擊者有意請求不存在的數(shù)據(jù)，以使得系統(tǒng)頻繁訪問數(shù)據(jù)庫，造成拒絕服務(wù)攻擊。
• 大量請求：如果一個不存在的熱點數(shù)據(jù)被大量請求，會導致這些請求穿透緩存層直接訪問數(shù)據(jù)庫，增加數(shù)據(jù)庫壓力。
• 緩存數(shù)據(jù)失效不及時：當緩存中的數(shù)據(jù)未及時更新或失效，而恰好有大量請求訪問這部分失效的數(shù)據(jù)時，也會導致緩存穿透問題。

緩解緩存穿透的方法

• 布隆過濾器：在緩存層前使用布隆過濾器，對所有可能的數(shù)據(jù)建立一個布隆過濾器，用于快速判斷一個請求的數(shù)據(jù)是否存在于數(shù)據(jù)庫中。
• 空結(jié)果緩存：對于數(shù)據(jù)庫中不存在的數(shù)據(jù)，也將其緩存起來，但設(shè)置一個較短的過期時間，避免大量的無效請求直接訪問數(shù)據(jù)庫。
• 合理設(shè)置緩存時間：根據(jù)業(yè)務(wù)場景，合理設(shè)置緩存時間，避免緩存數(shù)據(jù)過早失效導致大量請求穿透。

什么是緩存擊穿？

緩存擊穿是指在高并發(fā)環(huán)境下，大量請求同時訪問緩存中不存在的數(shù)據(jù)，導致這些請求穿透到數(shù)據(jù)庫。這會對數(shù)據(jù)庫造成嚴重的壓力，降低性能。

緩存穿透與緩存擊穿的區(qū)別

• 緩存穿透 是指請求一個不存在于緩存中的數(shù)據(jù)，導致每次請求都直接查詢數(shù)據(jù)庫。
• 緩存擊穿 是指大量請求同時請求一個不存在于緩存中的數(shù)據(jù)，導致數(shù)據(jù)庫壓力驟增。

緩存擊穿的原因

緩存擊穿通常發(fā)生在以下情況下：

• 熱點數(shù)據(jù)：某個數(shù)據(jù)非常熱門，但緩存中沒有。
• 緩存失效：緩存中的數(shù)據(jù)過期，但大量請求仍在訪問。
• 同時到期：多個數(shù)據(jù)同時過期，導致并發(fā)查詢數(shù)據(jù)庫。

解決緩存擊穿問題

• 使用互斥鎖： 通過在緩存中設(shè)置互斥鎖，只允許一個線程查詢數(shù)據(jù)庫，其他線程等待結(jié)果。這可以防止多個請求同時穿透到數(shù)據(jù)庫。
• 預加載數(shù)據(jù)： 在緩存中設(shè)置數(shù)據(jù)預加載，避免等待請求引發(fā)緩存擊穿。這需要定期刷新緩存，確保熱門數(shù)據(jù)始終可用。
• 布隆過濾器： 使用布隆過濾器檢查請求的數(shù)據(jù)是否存在于緩存中，如果不存在，不查詢數(shù)據(jù)庫。這可以減少數(shù)據(jù)庫查詢次數(shù)。
• 優(yōu)化數(shù)據(jù)庫查詢： 優(yōu)化數(shù)據(jù)庫查詢性能，減少查詢時間，可以降低緩存擊穿的風險。使用合適的索引和查詢優(yōu)化策略。

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