Redis缓存雪崩和缓存穿透等问题

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需要从数据库查询，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数据库去查询，造成缓存穿透。

解决办法：①用一个bitmap和n个hash函数做布隆过滤器过滤没有在缓存的键。
   　　　　②持久层查询不到就缓存空结果，有效时间为数分钟。

1. 对所有可能查询的参数以hash形式存储，在控制层先进行校验，不符合则丢弃。还有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。
2. 也可以采用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。

雪崩

如果缓存集中在一段时间内失效，发生大量的缓存穿透，所有的查询都落在数据库上，造成了缓存雪崩。

这个没有完美解决办法，但可以分析用户行为，尽量让失效时间点均匀分布。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。

解决办法：①用锁/分布式锁或者队列串行访问

           　　 ②缓存失效时间均匀分布

1. 在缓存失效后，通过加锁或者队列来控制读数据库写缓存的线程数量。比如对某个key只允许一个线程查询数据和写缓存，其他线程等待。
2. 可以通过缓存reload机制，预先去更新缓存，再即将发生大并发访问前手动触发加载缓存
3. 不同的key，设置不同的过期时间，让缓存失效的时间点尽量均匀
4. 做二级缓存，或者双缓存策略。A1为原始缓存，A2为拷贝缓存，A1失效时，可以访问A2，A1缓存失效时间设置为短期，A2设置为长期。

热点key

热点key:某个key访问非常频繁，当key失效的时候有大量线程来构建缓存，导致负载增加，系统崩溃。

解决办法：

①使用锁，单机用synchronized,lock等，分布式用分布式锁。

②缓存过期时间不设置，而是设置在key对应的value里。如果检测到存的时间超过过期时间则异步更新缓存。

③在value设置一个比过期时间t0小的过期时间值t1，当t1过期的时候，延长t1并做更新缓存操作。

 

缓存雪崩

　　缓存雪崩是由于原有缓存失效(过期)，新缓存未到期间。所有请求都去查询数据库，而对数据库CPU和内存造成巨大压力，严重的会造成数据库宕机。从而形成一系列连锁反应，造成整个系统崩溃。

　　1. 碰到这种情况，一般并发量不是特别多的时候，使用最多的解决方案是加锁排队。

 public object GetProductListNew()
        {
            const int cacheTime = 30;
            const string cacheKey = "product_list";
            const string lockKey = cacheKey;
            
            var cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
            if (cacheValue != null)
            {
                return cacheValue;
            }
            else
            {
                lock (lockKey)
                {
                    cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
                    if (cacheValue != null)
                    {
                        return cacheValue;
                    }
                    else
                    {
                        cacheValue = GetProductListFromDB(); //这里一般是 sql查询数据。              
                        CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);
                    }                    
                }
                return cacheValue;
            }
        }    

2. 加锁排队只是为了减轻数据库的压力，并没有提高系统吞吐量。假设在高并发下，缓存重建期间key是锁着的，这是过来1000个请求999个都在阻塞的。同样会导致用户等待超时，这是个治标不治本的方法。

　　还有一个解决办法解决方案是：给每一个缓存数据增加相应的缓存标记，记录缓存的是否失效，如果缓存标记失效，则更新数据缓存。

public object GetProductListNew()
        {
            const int cacheTime = 30;
            const string cacheKey = "product_list";
            //缓存标记。
            const string cacheSign = cacheKey + "_sign";
            
            var sign = CacheHelper.Get(cacheSign);
            //获取缓存值
            var cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
            if (sign != null)
            {
                return cacheValue; //未过期，直接返回。
            }
            else
            {
                CacheHelper.Add(cacheSign, "1", cacheTime);
                ThreadPool.QueueUserWorkItem((arg) =>
                {
                    cacheValue = GetProductListFromDB(); //这里一般是 sql查询数据。
                    CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime*2); //日期设缓存时间的2倍，用于脏读。                
                });
                
                return cacheValue;
            }
        } 

缓存标记：记录缓存数据是否过期，如果过期会触发通知另外的线程在后台去更新实际key的缓存。

　　缓存数据：它的过期时间比缓存标记的时间延长1倍，例：标记缓存时间30分钟，数据缓存设置为60分钟。 这样，当缓存标记key过期后，实际缓存还能把旧数据返回给调用端，直到另外的线程在后台更新完成后，才会返回新缓存。

　　这样做后，就可以一定程度上提高系统吞吐量。

 

缓存穿透

　　缓存穿透是指用户查询数据，在数据库没有，自然在缓存中也不会有。这样就导致用户查询的时候，在缓存中找不到，每次都要去数据库再查询一遍，然后返回空。这样请求就绕过缓存直接查数据库，这也是经常提的缓存命中率问题。

　　解决的办法就是：如果查询数据库也为空，直接设置一个默认值存放到缓存，这样第二次到缓冲中获取就有值了，而不会继续访问数据库，这种办法最简单粗暴。

public object GetProductListNew()
        {
            const int cacheTime = 30;
            const string cacheKey = "product_list";

            var cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
            if (cacheValue != null)
                return cacheValue;
                
            cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
            if (cacheValue != null)
            {
                return cacheValue;
            }
            else
            {
                cacheValue = GetProductListFromDB(); //数据库查询不到，为空。
                
                if (cacheValue == null)
                {
                    cacheValue = string.Empty; //如果发现为空，设置个默认值，也缓存起来。                
                }
                CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);
                
                return cacheValue;
            }
        }    

把空结果，也给缓存起来，这样下次同样的请求就可以直接返回空了，即可以避免当查询的值为空时引起的缓存穿透。同时也可以单独设置个缓存区域存储空值，对要查询的key进行预先校验，然后再放行给后面的正常缓存处理逻辑。

 

缓存预热

　　缓存预热就是系统上线后，将相关的缓存数据直接加载到缓存系统。这样避免，用户请求的时候，再去加载相关的数据。

　　解决思路：

　　　　1，直接写个缓存刷新页面，上线时手工操作下。

　　　　2，数据量不大，可以在WEB系统启动的时候加载。

　　　　3，定时刷新缓存，

 

缓存更新

　　缓存淘汰的策略有两种：

　　　　(1) 定时去清理过期的缓存。

　　　　(2)当有用户请求过来时，再判断这个请求所用到的缓存是否过期，过期的话就去底层系统得到新数据并更新缓存。 

　　两者各有优劣，第一种的缺点是维护大量缓存的key是比较麻烦的，第二种的缺点就是每次用户请求过来都要判断缓存失效，逻辑相对比较复杂，具体用哪种方案，大家可以根据自己的应用场景来权衡。1. 预估失效时间 2. 版本号（必须单调递增，时间戳是最好的选择）3. 提供手动清理缓存的接口。

　

总结

　　这些都是实际项目中，可能碰到的一些问题。实际上还有很多很多各种各样的问题。缓存层框架的封装往往要复杂的多。应用场景不同，方法和解决方案也不同。具体要根据实际情况来取舍。