本篇文章主要談?wù)凴edis中很容易出現(xiàn)的三大問題現(xiàn)象：緩存擊穿、緩存穿透以及緩存雪崩。不過在介紹這三個(gè)問題現(xiàn)象之前，我們首先需要先來了解下Redis中key的過期淘汰機(jī)制。眾所周知，Redis可以對(duì)存儲(chǔ)在Redis中的緩存數(shù)據(jù)設(shè)置過期時(shí)間，比如我們獲取的短信驗(yàn)證碼一般十分鐘過期，我們這時(shí)候就需要在驗(yàn)證碼存進(jìn)Redis時(shí)添加一個(gè)key的過期時(shí)間，但是這里有一個(gè)需要格外注意的問題就是：并非key過期時(shí)間到了就一定會(huì)被Redis給刪除。那么Redis是如何做到對(duì)過期key進(jìn)行刪除呢？Redis中對(duì)于過期key的刪除分為兩種策略：定期刪除和惰性刪除。

• 定期刪除：Redis 默認(rèn)是每隔 100ms 就隨機(jī)抽取一些設(shè)置了過期時(shí)間的 Key，檢查其是否過期，如果過期就刪除。為什么是隨機(jī)抽取而不是檢查所有key？因?yàn)槟闳绻O(shè)置的key成千上萬(wàn)，每100毫秒都將所有存在的key檢查一遍，會(huì)給CPU帶來比較大的壓力。
• 惰性刪除 ：定期刪除由于是隨機(jī)抽取可能會(huì)導(dǎo)致很多過期 Key 到了過期時(shí)間并沒有被刪除。所以用戶在從緩存獲取數(shù)據(jù)的時(shí)候，redis會(huì)檢查這個(gè)key是否過期了，如果過期就刪除這個(gè)key。這時(shí)候就會(huì)在查詢的時(shí)候?qū)⑦^期key從緩存中清除。

但是如果僅僅使用定期刪除 + 惰性刪除機(jī)制還是會(huì)留下一個(gè)嚴(yán)重的隱患：如果定期刪除留下了很多已經(jīng)過期的key，而且用戶長(zhǎng)時(shí)間都沒有使用過這些過期key，導(dǎo)致過期key無法被惰性刪除，從而導(dǎo)致過期key一直堆積在內(nèi)存里，最終造成Redis內(nèi)存塊被消耗殆盡。那這個(gè)問題如何解決呢？這個(gè)時(shí)候Redis內(nèi)存淘汰機(jī)制應(yīng)運(yùn)而生了。Redis內(nèi)存淘汰機(jī)制提供了6種數(shù)據(jù)淘汰策略：

• volatile-lru：從已設(shè)置過期時(shí)間的數(shù)據(jù)集中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰。
• volatile-ttl：從已設(shè)置過期時(shí)間的數(shù)據(jù)集中挑選將要過期的數(shù)據(jù)淘汰。
• volatile-random：從已設(shè)置過期時(shí)間的數(shù)據(jù)集中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰。
• allkeys-lru：當(dāng)內(nèi)存不足以容納新寫入數(shù)據(jù)時(shí)移除最近最少使用的key。
• allkeys-random：從數(shù)據(jù)集中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰。
• no-enviction：當(dāng)內(nèi)存不足以容納新寫入數(shù)據(jù)時(shí)，新寫入操作會(huì)報(bào)錯(cuò)。

一般情況下，推薦使用volatile-lru策略，對(duì)于配置信息等重要數(shù)據(jù)，不應(yīng)該設(shè)置過期時(shí)間，這樣Redis就永遠(yuǎn)不會(huì)淘汰這些重要數(shù)據(jù)。對(duì)于一般數(shù)據(jù)可以添加一個(gè)緩存時(shí)間，當(dāng)數(shù)據(jù)失效則請(qǐng)求會(huì)從DB中獲取并重新存入Redis中。

緩存擊穿

講完了Redis的key的過期淘汰機(jī)制，接下我們可以進(jìn)入正題：為什么會(huì)出現(xiàn)緩存擊穿、緩存穿透和緩存雪崩現(xiàn)象呢？首先我們來看下請(qǐng)求是如何取到數(shù)據(jù)的：當(dāng)接收到用戶請(qǐng)求，首先先嘗試從Redis緩存中獲取到數(shù)據(jù)，如果緩存中能取到數(shù)據(jù)則直接返回結(jié)果，當(dāng)緩存中不存在數(shù)據(jù)時(shí)從DB獲取數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)庫(kù)成功取到數(shù)據(jù)，則更新Redis，然后返回?cái)?shù)據(jù)，如果DB無數(shù)據(jù)，則返回空結(jié)果。那什么情況下會(huì)出現(xiàn)三大問題現(xiàn)象呢？我們先來看下緩存擊穿的情況：

定義：高并發(fā)的情況下，某個(gè)熱門key突然過期，導(dǎo)致大量請(qǐng)求在Redis未找到緩存數(shù)據(jù)，進(jìn)而全部去訪問DB請(qǐng)求數(shù)據(jù)，引起DB壓力瞬間增大。

解決方案：緩存擊穿的情況下一般不容易造成DB的宕機(jī)，只是會(huì)造成對(duì)DB的周期性壓力。對(duì)緩存擊穿的解決方案一般可以這樣：Redis中的數(shù)據(jù)不設(shè)置過期時(shí)間，然后在緩存的對(duì)象上添加一個(gè)屬性標(biāo)識(shí)過期時(shí)間，每次獲取到數(shù)據(jù)時(shí)，校驗(yàn)對(duì)象中的過期時(shí)間屬性，如果數(shù)據(jù)即將過期，則異步發(fā)起一個(gè)線程主動(dòng)更新緩存中的數(shù)據(jù)。但是這種方案可能會(huì)導(dǎo)致有些請(qǐng)求會(huì)拿到過期的值，就得看業(yè)務(wù)能否可以接受，如果要求數(shù)據(jù)必須是新數(shù)據(jù)，則最好的方案則為熱點(diǎn)數(shù)據(jù)設(shè)置為永不過期，然后加一個(gè)互斥鎖保證緩存的單線程寫。

緩存穿透

定義：緩存穿透是指查詢緩存和DB中都不存在的數(shù)據(jù)。比如通過id查詢商品信息，id一般大于0，攻擊者會(huì)故意傳id為-1去查詢，由于緩存是不命中則從DB中獲取數(shù)據(jù)，這將會(huì)導(dǎo)致每次緩存都不命中數(shù)據(jù)導(dǎo)致每個(gè)請(qǐng)求都訪問DB，造成緩存穿透。

解決方案：緩存穿透的解決方案可以分成兩個(gè)部分：首先在API層增加基本校驗(yàn)：用戶鑒權(quán)校驗(yàn)，id校驗(yàn)。比如用戶鑒權(quán)失敗或者id < 0的請(qǐng)求直接進(jìn)行攔截。其次在緩存和DB都取不到數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)ey-value存儲(chǔ)成key-null存儲(chǔ)到Redis， 過期時(shí)間可以存儲(chǔ)的短點(diǎn)比如60S，防止短時(shí)間內(nèi)攻擊者不斷發(fā)起請(qǐng)求導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)壓力過大出現(xiàn)宕機(jī)。

緩存雪崩

定義：緩存中如果大量緩存在一段時(shí)間內(nèi)集中過期了，這時(shí)候會(huì)發(fā)生大量的緩存擊穿現(xiàn)象，所有的請(qǐng)求都落在了DB上，由于查詢數(shù)據(jù)量巨大，引起DB壓力過大甚至導(dǎo)致DB宕機(jī)。

解決方案：緩存雪崩一般沒有完美解決的方法，但是我們可以盡量分析用戶行為，盡量保證key的失效時(shí)間比較平均，防止同一時(shí)間出現(xiàn)大量緩存數(shù)據(jù)同時(shí)過期的現(xiàn)象，并且設(shè)置熱點(diǎn)數(shù)據(jù)永不過期。同時(shí)如果為分布式環(huán)境下，使用分布式鎖來保證緩存的單線程寫，這樣可以避免同一時(shí)間大量緩存失效導(dǎo)致請(qǐng)求全部落在DB上。而我覺得如果可以接受有些請(qǐng)求拿到過期值，最合理的方案實(shí)際上就是使用緩存擊穿的方案：Redis中的數(shù)據(jù)不設(shè)置過期時(shí)間，然后在緩存的對(duì)象上添加一個(gè)屬性標(biāo)識(shí)過期時(shí)間，每次獲取到數(shù)據(jù)時(shí)，校驗(yàn)對(duì)象中的過期時(shí)間屬性，如果數(shù)據(jù)即將過期，則異步發(fā)起一個(gè)線程主動(dòng)更新緩存中的數(shù)據(jù)。