Redis缓存击穿,穿透,雪崩等问题,及解决方案

缓存穿透
缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据,由于缓存是不命中时被动写的,并且出于容错考虑,如果从存储层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存储层去查询,失去了缓存的意义。在流量大时,可能DB就挂掉了,要是有人利用不存在的key频繁攻击我们的应用,这就是漏洞。

解决方案
有很多种方法可以有效地解决缓存穿透问题,最常见的则是采用布隆过滤器,将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中,一个一定不存在的数据会被这个bitmap拦截掉,从而避免了对底层存储系统的查询压力。另外也有一个更为简单粗暴的方法,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),我们仍然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。

缓存雪崩
缓存雪崩是指在我们设置缓存时采用了相同的过期时间,导致缓存在某一时刻同时失效,请求全部转发到DB,DB瞬时压力过重雪崩。

解决方案
缓存失效时的雪崩效应对底层系统的冲击非常可怕。大多数系统设计者考虑用加锁或者队列的方式保证缓存的单线 程(进程)写,从而避免失效时大量的并发请求落到底层存储系统上。这里分享一个简单方案就是将缓存失效时间分散开,比如我们可以在原有的失效时间基础上增加一个随机值,比如1-5分钟随机,这样每一个缓存的过期时间的重复率就会降低,就很难引发集体失效的事件。

缓存击穿
对于一些设置了过期时间的key,如果这些key可能会在某些时间点被超高并发地访问,是一种非常“热点”的数据,这个时候,需要考虑一个问题:缓存被“击穿”的问题,这个和缓存雪崩的区别在于这里针对某一key缓存,前者则是很多key。缓存在某个时间点过期的时候,恰好在这个时间点对这个Key有大量的并发请求过来,这些请求发现缓存过期一般都会从后端DB加载数据并回设到缓存,这个时候大并发的请求可能会瞬间把后端DB压垮。

解决方案
使用互斥锁(mutex key)

业界比较常用的做法,是使用mutex。简单地来说,就是在缓存失效的时候(判断拿出来的值为空),不是立即去load db,而是先使用缓存工具的某些带成功操作返回值的操作(比如Redis的SETNX或者Memcache的ADD)去set一个mutex key,当操作返回成功时,再进行load db的操作并回设缓存;否则,就重试整个get缓存的方法。

脏读:所谓的脏读,其实就是读到了别的事务回滚前的脏数据。比如事务B执行过程中修改了数据X,在未提交前,事务A读取了X,而事务B却回滚了,这样事务A就形成了脏读。

也就是说,当前事务读到的数据是别的事务想要修改成为的但是没有修改成功的数据。

不可重复读:事务A首先读取了一条数据,然后执行逻辑的时候,事务B将这条数据改变了,然后事务A再次读取的时候,发现数据不匹配了,就是所谓的不可重复读了。

也就是说,当前事务先进行了一次数据读取,然后再次读取到的数据是别的事务修改成功的数据,导致两次读取到的数据不匹配,也就照应了不可重复读的语义。

幻读:事务A首先根据条件索引得到N条数据,然后事务B改变了这N条数据之外的M条或者增添了M条符合事务A搜索条件的数据,导致事务A再次搜索发现有N+M条数据了,就产生了幻读。

也就是说,当前事务读第一次取到的数据比后来读取到数据条目少。

不可重复读和幻读比较:
两者有些相似,但是前者针对的是update或delete,后者针对的insert。