Redis缓存穿透、缓存雪崩、缓存击穿、缓存一致性、并发竞争

缓存流程

在讲这五个问题之前，首先我们回顾下正常的缓存的使用流程

程序在处理请求时，会先从缓存中进行查询，如果缓存中没有对应的key，则会从数据库中查询，如果查询到结果，并将查询结果添加到缓存中去，反之不缓存。流程就不多解释了，基于这个我们展开下面的问题。

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缓存穿透

产生原因

当查询一个一定不存在的key时，由于不能命中缓存，所以要查询数据库，但是这个key又不存在，所以查询不到结果，不会缓存。于是就有了利用这种一定不存在的key作为查询条件，对系统进行攻击，增加数据库压力，这种现象称为缓存穿透。

解决方法

1. 布隆过滤
   首先要规范key的命名，对不规范的key直接过滤掉，并对所有可能的key以hash形式存储到一个足够大的bitmap中，不存在的数据会被此bitmap拦截，以避免查询数据库。
2. 缓存空对象
   意思很简单，就是对返回数据为空的情况也进行缓存，并设置一个很短的过期时间，这样也能起缓解作用。但是这也会产生下面两个问题：
   • 缓存空对象意味着需要更多的存储空间，可再缩短缓存时间，过期自动剔除
   • 导致缓存与数据库不一致，比如某个key:a查询时还没有数据，这时会缓存空值，但是其他某个流程已走完，数据已添加到了数据库中，这时访问依旧会返回空值，因为缓存还没过期，所以解决方法就是增删改时也进行缓存的刷新

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缓存雪崩

产生原因

当大批量缓存集中在同一时间内失效（或者redis宕机），产生大量缓存穿透，此时又有请求并发袭来，查询压力瞬间都落在了数据库上，此时就产生了缓存雪崩。

解决方法

1. 失效时间加随机值
   给缓存失效时间加一个随机值，避免集体失效
2. 实现redis高可用
   通过对redis实现集群搭建来避免部分机器宕机导致redis不可用的情况
3. 分布式锁或分布式队列
   保证缓存单线程写，并在没有获取锁的线程中一直轮询缓存，直到超时

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缓存击穿

产生原因

缓存击穿是指缓存中没有但是数据库中有的数据（通常是缓存到期），由于并发，未能从缓存读到数据，从而引起数据库鸭梨瞬间增大

解决方法

1. 设置热门缓存数据永不过期
   这里永不过期有两层意思：
   • 不设置过期时间或超长缓存时间即物理上不过期
   • 在缓存对象上添加一个标识过期时间的属性，在获取数据后校验过期时间，如果已过期则异步去更新改缓存
     这种方式可能会出现数据脏读（在缓存更新期间取到旧数据）的情况，视业务而定使用与否
2. 分布式锁或分布式队列
   保证缓存单线程写，并在没有获取锁的线程中一直轮询缓存，直到超时

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缓存一致性

如果对数据有强一致性要求的，那就不要使用缓存了

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缓存并发竞争

产生原因

多个子系统set同一个key，导致产生并发竞争

解决方法

1. 对key没有顺序要求
   使用分布式锁实现
2. 对key有顺序要求
   将key对应的值带上时间戳
3. 异步队列
   放入队列中，串行set就行