Redis快取穿透、快取擊穿、快取雪崩的原理和解決辦法

在巨量資料時代，由於網路請求的並行，導致的資料庫的I/O開銷巨大，所以為了緩解資料庫的壓力，快取技術必不可少，而這其中redis基本是伺服器的快取服務之一，雖然快取技術很好用，但是也會出現各種各樣的問題，這裡就最常見的三種問題進行原理分析和解決，希望能夠給大家帶來幫助。

快取穿透：key中對應的快取資料不存在，導致去請求資料庫，造成資料庫的壓力倍增的情況
快取擊穿：redis過期後的一瞬間，有大量使用者請求同一個快取資料，導致這些請求都去請求資料庫，造成資料庫壓力倍增的情，針對一個key而言
快取雪崩：快取伺服器宕機或者大量快取集中某個時間段失效，導致請求全部去到資料庫，造成資料庫壓力倍增的情況，這個是針對多個key而言

一、快取穿透的解決方案

常用方法可以採用布隆過濾器方法進行資料攔截，其次可以還有一種解決思路，就是如果請求的資料為空，將空值也進行快取，就不會發生穿透情況

<?php
class getPrizeList {
    /**
     * redis範例
     * @var \Redis
     */
    private $redis;

    /**
     * @var string
     */
    private $redis_key = '|prize_list';

    /**
     * 過期時間
     * @var int
     */
    private $expire = 30;

    /**
     * getPrizeList constructor.
     * @param $redis
     */
    public function __construct($redis)
    {
        $this->redis = $redis;
    }

    /**
     * @return array|bool|string
     */
    public function fetch()
    {
        $result = $this->redis->get($this->redis_key);
        if(!isset($result)) {
            //此處應該進行資料庫查詢...
            //如果查詢結果不存在，給其預設空陣列進行快取
            $result = [];
            $this->redis->set($this->redis_key, $result, $this->expire);
        }

        return $result;
    }
}

二、快取擊穿解決辦法

使用互斥鎖(mutex key),就是一個key過期時，多個請求過來允許其中一個請求去運算元據庫，其他請求等待第一個請求成功返回結果後再請求。

<?php
class getPrizeList {
    /**
     * redis範例
     * @var \Redis
     */
    private $redis;

    /**
     * @var string
     */
    private $redis_key = '|prize_list';

    /**
     * @var string
     */
    private $setnx_key = '|prize_list_setnx';

    /**
     * 過期時間
     * @var int
     */
    private $expire = 30;

    /**
     * getPrizeList constructor.
     * @param $redis
     */
    public function __construct($redis)
    {
        $this->redis = $redis;
    }

    /**
     * @return array|bool|string
     */
    public function fetch()
    {
        $result = $this->redis->get($this->redis_key);
        if(!isset($result)) {
            if($this->redis->setnx($this->setnx_key, 1, $this->expire)) {
                //此處應該進行資料庫查詢...
                //$result = 資料庫查詢結果;
                $this->redis->set($this->redis_key, $result, $this->expire);
                $this->redis->del($this->setnx_key); //刪除互斥鎖
            } else {
                //其他請求每等待10毫秒重新請求一次
                sleep(10);
                self::fetch();
            }
        }

        return $result;
    }
}

三、快取雪崩的解決辦法

這種情況是因為多個key同時過期導致的資料庫壓力，一種方法可以在key過期時間基礎上增加時間亂數，讓過期時間分散開，減少快取時間過期的重複率
另一種方法就是加鎖排隊，這種有點像上面快取擊穿的解決方式，但是這種請求量太大，比如5000個請求過來，4999個都需要等待，這必然是指標不治本，不僅使用者體驗性差，分散式環境下就更加複雜，因此在高並行場景下很少使用
最好的解決方法，是使用快取標記，判斷該標記是否過期，過期則去請求資料庫，而快取資料的過期時間要設定的比快取標記的長，這樣當一個請求去運算元據庫的時候，其他請求拿的是上一次快取資料

<?php
class getPrizeList {
    /**
     * redis範例
     * @var \Redis
     */
    private $redis;

    /**
     * @var string
     */
    private $redis_key = '|prize_list';

    /**
     * 快取標記key
     * @var string
     */
    private $cash_key = '|prize_list_cash';

    /**
     * 過期時間
     * @var int
     */
    private $expire = 30;

    /**
     * getPrizeList constructor.
     * @param $redis
     */
    public function __construct($redis)
    {
        $this->redis = $redis;
    }

    /**
     * @return array|bool|string
     */
    public function fetch()
    {
        $cash_result = $this->redis->get($this->cash_key);
        $result = $this->redis->get($this->redis_key);
        if(!$cash_result) {
            $this->redis->set($this->cash_key, 1, $this->expire);
            //此處應該進行資料庫查詢...
            //$result = 資料庫查詢結果, 並且設定的時間要比cash_key長，這裡設定為2倍;
            $this->redis->set($this->redis_key, $result, $this->expire * 2);
            $this->redis->del($this->cash_key); //刪除互斥鎖
        }

        return $result;
    }
}