Redis -- 缓存三大问题的介绍与预防思路

缓存穿透：

定义：

指查询一个数据库和缓存中都不存在的数据。由于缓存中没有，每次请求都会直接打到数据库上，导致数据库压力过大。

危害：

• 绕过缓存，直接冲击数据库。
• 如果并发量大，可能导致数据库连接耗尽或响应变慢，影响正常服务。

预防：

性能测试中，注意需要注意“缓存穿透”！一些没有经验的开发同事，特别容易忽略这种场景！

SpringBoot 项目中，有一个比较热门的库 Redisson，可以简化 Redis 在分布式系统中的应用开发。

关于缓存穿透问题，大致有2个处理方法：

1、布隆过滤器（主）：在请求到达时，先通过 Redisson 的布隆过滤器判断 key 是否“可能存在”，如果不存在则直接拦截。

2、缓存空值（辅）：把“查询结果为空”这个事实本身也当作一种数据，临时缓存起来。

什么是布隆过滤器？

布隆过滤器是一种空间效率极高的概率型数据结构，用于判断一个元素是否可能存在于一个集合中。

但布隆过滤器存在极小的误判可能，为规避风险也可以用“缓存空值”来兜底，双保险。

**关于误判的说明：**​
一个“外来者”（不存在的元素）所需要的 k 个“地标”（位数组位置），恰好都被“原住民”（已存在元素）的活动标记过了，导致系统误以为这个“外来者”也是“原住民”之一。

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缓存击穿：

定义：

指一个 热点 key（访问量非常大的 key）在缓存中过期的瞬间，大量并发请求同时涌入， 直接查询数据库，导致数据库压力剧增。

危害：

• 短时间内数据库承受巨大压力，可能成为性能瓶颈。
• 与缓存雪崩不同，击穿通常只影响单个热点 key。

预防：

• 互斥锁，当缓存失效时，只允许一个线程去数据库加载数据，其他线程等待并重用这个结果。

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缓存雪崩：

定义：

指在某一个时间段内，缓存层由于某种原因（如宕机、重启）大面积失效，或者大量 key 在同一时间点集中过期，导致所有请求都直接落到数据库上，数据库压力骤增，甚至崩溃。

危害：

• 影响范围广，可能导致整个系统不可用。
• 数据库面临前所未有的压力，风险最高。

预防：

• key避免集中过期，在设置缓存过期时间时，可以增加一个随机值。
• 使用 Redis 集群（主从复制、哨兵模式），单台 Redis 服务器宕机不影响。

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缓存预热

Redis 预热是高并发系统上线前的必备操作！！！
它能有效避免系统启动初期因缓存为空而导致的数据库“雪崩式”压力。

措施：

• 后台新增配置时，代码同步新增缓存key，同时开启互斥锁。（无法应对缓存丢失）
• 针对缓存丢失问题，最好就是做数据持久化，方便快速恢复。（阿里云的云服务默认支持）
• 隔离模块功能，在上线对外之前，先由内部人员访问，并确保功能正常同时起到预热目的。
• 程序启动时，自调用预热逻辑，为热点key加缓存。（推荐，就前期开发成本会高些）