Redis 缓存系统常见问题及解决方案(缓存击穿,缓存穿透,缓存雪崩)

发布时间 2023-11-16 20:39:59作者: echosada

1、缓存穿透

缓存穿透指当用户在 Redis 缓存系统执行一条无效查询时,这条无效查询将穿透 Redis 缓存系统并向 MySQL 数据库请求数据,而 MySQL 数据库也获取不到数据。

黑客可以利用缓存穿透原理,恶意执行大量无效查询,这将会对 MySQL 数据库的访问造成很大的压力

解决方法:

1、缓存空对象

缓存空对象是指用户请求查询 Redis 缓存和 MySQL 数据库中都不存在的数据时,MySQL 数据库会返回一个空对象, 并将这个空对象和用户请求关联起来存到 Redis 缓存中;当存在相同用户请求,这时 Redis 缓存就会命中,就直接从缓 存中返回这个空对象,这样可以减少访问数据库的压力,提高当前数据库的访问性能。

优点:

        1、机制原理和实现比较简单

        2、代码修改维护容易

缺点:

        1、会导致 Redis 缓存中产生大量空对象

        2、会占用许多的内存空间

        3、会浪费许多资源(推荐设置缓存空对象过期时间)

2、布隆过滤器(推荐)

布隆过滤器是一种基于概率的数据结构,用于快速检索一个元素是否存在于集合中。它可以通过使用多个哈希函数来检测一个元素是否在集合中,能够有效地防止缓存穿透攻击。它的底层是一种基于概率的数据结构,主要使用来判断当前某个元素是否在该集合中,运行速度快。但布隆过滤器不是绝对精确,会有小小的误判概率,只要参数设置的合理,它的精确度可以控制的相对足够精确

注意:过滤器查询到的数据存在,但数据库中不一定存在,过滤器查询的数据不存在则数据库中也一定不存在

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 二进制 bitmap 中,一个一定不存在的数据会被这个 bitmap 拦截掉,从而避免了对底层数据库的查询压力

特点:本质上布隆过滤器是一种数据结构,比较巧妙的概率型数据结构( probabilistic data structure),特点是高效地插入和查询,可以用来 告诉你 “某样东西一定不存在或者可能存在”(相比于传统的 List、 Set、Map 等数据结构,它更高效、占用空间更少,但是缺点是其返回 的结果是概率性的,而不是确切的)


2、缓存击穿

缓存击穿是指Redis 缓存中有一些的热点数据key同时过期失效,或有一些非热点数据key 突然有大量并发访问请求,这样会导致大量并发请求直接穿透 Redis缓存,涌入MySQL 数据库,瞬间增大数据库的访问压力,甚至导致数据库崩溃

解决方法:

1、不设置过期时间

缺点:可能会导致内存占用过高,如果Redis中的数据不断增加,而没有过期时间的限制,那么随着时间的推移,Redis的内存占用将不断增大,最终可能导致内存溢出

2、加锁

对于Redis 缓存中 key过期时,在 key要查询MySQL数据库的时候加锁,这时只能让第一个请求进行查询数据库,然后把从数据库中查询到的值存储到Redis缓存中,对于其他的相同的 key查询,可以直接从 Redis 缓存中获取即可

注意:分布式系统需要使基于数据库、Redis 或 zookeeper 的分布式锁


3、缓存雪崩

缓存雪崩是指在某一个时间段内,Redis 缓存突然宕机或大量 key 集中过期失效,如果这个时间段 内有大量请求,而查询数据量巨大,所有的请求都会达到 MySQL 数据库,数据库的访问量会暴增 ,引起数据库压力过大甚至宕机

解决方案:

1、redis高可用

搭建Redis主从架构或集群架构

2、限流降级

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,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

3、数据预热

将部分可能大量访问的热点数据提前加载到Redis 缓存中,或在即将发生高并发请求访问前手动触发加载缓存不同的key

4、不同过期时间

设置不同的过期时间让缓存失效的时间点尽量均匀