一起聊聊Redis三種快取問題
推薦學習：
一、Redis快取的應用
在我們的實際業務場景中，Redis 一般和其他資料庫搭配使用，用來減輕後端資料庫的壓力，比如和關係型資料庫 MySQL 配合使用。
Redis 會把 MySQL 中經常被查詢的資料快取起來，比如熱點資料，這樣當使用者來存取的時候，就不需要到 MySQL 中去查詢了，而是直接獲取 Redis 中的快取資料，從而降低了後端資料庫的讀取壓力。
如果說使用者查詢的資料 Redis 沒有，此時使用者的查詢請求就會轉到 MySQL 資料庫，當 MySQL 將資料返回給使用者端時，同時會將資料快取到 Redis 中，這樣使用者再次讀取時，就可以直接從 Redis 中獲取資料。流程圖如下所示：
當然，我們在使用Redis作為快取資料庫的過程中也並不是總能一帆風順，我們會遇到常見的三種快取問題：
- 快取穿透
- 快取擊穿
- 快取雪崩
二、快取穿透
2.1 介紹
快取穿透是指當使用者查詢某個資料時，Redis 中不存在該資料，也就是快取沒有命中，此時查詢請求就會轉向持久層資料庫 MySQL，結果發現 MySQL 中也不存在該資料，MySQL 只能返回一個空物件，代表此次查詢失敗。如果這種類請求非常多，或者使用者利用這種請求進行惡意攻擊，就會給 MySQL 資料庫造成很大壓力，甚至於崩潰，這種現象就叫快取穿透。
2.2 解決方案
快取空物件
當 MySQL 返回空物件時， Redis 將該物件快取起來，同時為其設定一個過期時間。當使用者再次發起相同請求時，就會從快取中拿到一個空物件，使用者的請求被阻斷在了快取層，從而保護了後端資料庫，但是這種做法也存在一些問題，雖然請求進不了 MSQL，但是這種策略會佔用 Redis 的快取空間。
布隆過濾器
首先將使用者可能會存取的熱點資料的所有key儲存在布隆過濾器中（也稱快取預熱），當有一個使用者請求時會先經過布隆過濾器，布隆過濾器會判斷請求的key是否存在，若不存在，那麼該請求將直接被拒絕，否則將繼續執行查詢，先前往快取中查詢，快取沒有的話再前往資料庫中查詢。相較於第一種方法，用布隆過濾器方法更為高效、實用。其流程示意圖如下：
快取預熱：是指系統啟動時，提前將相關的資料載入到 Redis 快取系統中。這樣避免了使用者請求的時再去載入資料。
2.3 解決方案的比較
兩種方案都可以解決快取穿透的問題，但其使用的場景卻不同：
快取空物件：適用於空資料的key數量有限、key重複請求概率較高的場景。
布隆過濾器：適用於空資料的key各不相同、key重複請求概率較低的場景。
三、快取擊穿
3.1 介紹
快取擊穿是指使用者查詢的資料快取中不存在，但是後端資料庫卻存在，這種現象出現原因是一般是由快取中 key 過期導致的。比如一個熱點資料 key，它無時無刻都在接受大量的並行存取，如果某一時刻這個 key 突然失效了，就致使大量的並行請求進入後端資料庫，導致其壓力瞬間增大。這種現象被稱為快取擊穿。
3.2 解決方案
改變過期時間
設定熱點資料永不過期。
分散式鎖
採用分散式鎖的方法，重新設計快取的使用方式，過程如下：
- 上鎖：當我們通過 key 去查詢資料時，首先查詢快取，如果沒有，就通過分散式鎖進行加鎖，第一個獲取鎖的程序進入後端資料庫查詢，並將查詢結果緩到Redis 中。
- 解鎖：當其他程序發現鎖被某個程序佔用時，就進入等待狀態，直至解鎖後，其餘程序再依次存取被快取的 key。
3.3 解決方案的比較
永遠不過期 ：這種方案由於沒有設定真正的過期時間，實際上已經不存在熱點 key 產生的一系列危害，但是會存在資料不一致的情況，同時程式碼複雜度會增大。
互斥鎖：這種方案思路比較簡單，但是存在一定的隱患，如果構建快取過程出現問題或者時間較長，可能會存在死鎖和執行緒池阻塞的風險，但是這種方法能夠較好的降低後端儲存負載並在一致性上做的比較好。
四、快取雪崩
4.1 介紹
快取雪崩是指快取中大批次的 key 同時過期，而此時資料存取量又非常大，從而導致後端資料庫壓力突然暴增，甚至會掛掉，這種現象被稱為快取雪崩。它和快取擊穿不同，快取擊穿是在並行量特別大時，某一個熱點 key 突然過期，而快取雪崩則是大量的 key 同時過期，因此它們根本不是一個量級。
4.2 解決方案
處理過期
快取雪崩和快取擊穿有相似之處，所以也可以採用熱點資料永不過期的方法，來減少大批次的 key 同時過期。再者就是為 key 設定隨機過期時間，避免 key 集中過期。
redis高可用
一臺Redis可能會因為雪崩而掛掉，那麼可以多增設幾臺Redis，搭建叢集，如果一臺掛掉之後，其他的還可以繼續工作。
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