Reids缓存穿透、缓存雪崩和缓存击穿

Redis缓存中常见的三个问题：缓存穿透、缓存雪崩和缓存击穿。这些问题在使用Redis作为缓存时经常遇到，但通过合理的策略可以有效解决。我会用简单易懂的方式来讲解，帮助你理解这些问题的原理和解决方案。

1. 缓存穿透

1.1 什么是缓存穿透？

缓存穿透是指查询一个数据库中不存在的数据，由于缓存不会保存这样的数据，每次查询都会直接穿透到数据库，从而增加数据库的压力。

1.2 为什么会出现缓存穿透？

请求非法数据：用户请求了一个不存在的数据。
缓存未命中：缓存中没有保存这样的数据，每次查询都会直接访问数据库。

1.3 如何解决缓存穿透？

接口层面校验：
- 在接口层面验证请求的合法性，避免非法请求直接穿透到数据库。
- 例如，检查请求的ID是否合法，是否符合业务逻辑。
缓存空对象：
- 对于查询不存在的数据，将空对象或默认值缓存一段时间，避免每次查询都穿透到数据库。
- 例如，缓存一个空的JSON对象或null值。
布隆过滤器：
- 使用布隆过滤器（Bloom Filter）预先存储可能存在的数据ID，查询时先检查布隆过滤器。
- 如果布隆过滤器判断数据不存在，则直接返回，避免查询数据库。

示例代码

const cache = require('some-cache-library'); // 假设的缓存库
const database = require('some-database-library'); // 假设的数据库库async function getData(id) {// 检查缓存let data = cache.get(id);if (data) {return data;}// 查询数据库data = await database.query(id);if (data) {// 缓存数据cache.set(id, data, 3600); // 缓存1小时} else {// 缓存空对象cache.set(id, null, 60); // 缓存1分钟}return data;
}

2. 缓存雪崩

2.1 什么是缓存雪崩？

缓存雪崩是指在缓存层（如Redis）中的所有缓存数据同时过期，导致大量请求直接穿透到数据库，从而引发数据库压力剧增甚至崩溃。

2.2 为什么会出现缓存雪崩？

缓存过期时间一致：所有缓存数据的过期时间相同，导致同时过期。
缓存层宕机：缓存层（如Redis）宕机，所有请求直接穿透到数据库。

2.3 如何解决缓存雪崩？

设置不同的过期时间：
- 为缓存数据设置不同的过期时间，避免同时过期。
- 例如，使用随机的过期时间范围。
使用本地缓存：
- 在应用层使用本地缓存（如Guava Cache），作为第一级缓存，减轻Redis的压力。
使用Redis集群：
- 使用Redis集群，避免单点故障。
预热缓存：
- 在系统启动时，预先加载热点数据到缓存中。
限流和降级：
- 在接口层面使用限流和降级策略，避免过多请求同时访问数据库。

示例代码

const cache = require('some-cache-library'); // 假设的缓存库
const database = require('some-database-library'); // 假设的数据库库async function getData(id) {// 检查缓存let data = cache.get(id);if (data) {return data;}// 查询数据库data = await database.query(id);if (data) {// 缓存数据，设置随机过期时间const randomExpire = 3600 + Math.floor(Math.random() * 3600); // 1-2小时cache.set(id, data, randomExpire);}return data;
}

3. 缓存击穿

3.1 什么是缓存击穿？

缓存击穿是指一个热点数据在缓存过期时，大量请求同时访问数据库，导致数据库压力剧增。

3.2 为什么会出现缓存击穿？

热点数据过期：热点数据的缓存过期，导致大量请求同时访问数据库。
高并发请求：在缓存过期时，大量并发请求同时到达。

3.3 如何解决缓存击穿？

使用互斥锁：
- 在缓存过期时，使用互斥锁（如Redis的SETNX命令）确保只有一个请求去查询数据库，其他请求等待。
- 例如，使用SETNX命令设置一个锁，只有第一个请求能够查询数据库并更新缓存。
双层缓存：
- 使用两层缓存，第一层缓存（如本地缓存）过期时间稍短，第二层缓存（如Redis）过期时间稍长。
- 第一层缓存过期时，第二层缓存仍然可用，避免直接穿透到数据库。
预热缓存：
- 在系统启动时，预先加载热点数据到缓存中，避免缓存过期时的高并发请求。

示例代码

const cache = require('some-cache-library'); // 假设的缓存库
const database = require('some-database-library'); // 假设的数据库库async function getData(id) {// 检查缓存let data = cache.get(id);if (data) {return data;}// 设置互斥锁const lockKey = `lock:${id}`;if (cache.set(lockKey, 'locked', 10)) { // 设置锁，过期时间10秒try {// 查询数据库data = await database.query(id);if (data) {// 更新缓存cache.set(id, data, 3600);}} finally {// 释放锁cache.del(lockKey);}} else {// 等待其他请求更新缓存await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));data = cache.get(id);}return data;
}

4. 总结

缓存穿透：查询不存在的数据，导致每次查询都穿透到数据库。
- 解决方案：接口层面校验、缓存空对象、使用布隆过滤器。
缓存雪崩：所有缓存数据同时过期，导致大量请求穿透到数据库。
- 解决方案：设置不同的过期时间、使用本地缓存、使用Redis集群、预热缓存、限流和降级。
缓存击穿：热点数据过期时，大量请求同时访问数据库。
- 解决方案：使用互斥锁、双层缓存、预热缓存。