redis缓存雪崩和缓存穿透

本文介绍了Redis缓存雪崩和穿透问题。缓存雪崩指大量缓存短时间同时过期,致大量请求查数据库,可能使数据库宕机,可通过随机化过期时间、加锁排队解决;缓存穿透指查数据库和缓存都无数据,每次请求都查数据库,可用过滤器、缓存空结果应对。

缓存雪崩

缓存雪崩是指在短时间内,有大量缓存同时过期,导致大量的请求直接查询数据库,从而对数据库造成了巨大的压力,严重情况下可能会导致数据库宕机的情况叫做缓存雪崩。

  • 缓存雪崩常用解决方案
    • 随机化过期时间
      为了避免缓存同时过期,可在设置缓存时添加随机时间,这样就可以极大的避免大量的缓存同时失效。
    • 加锁排队
      加锁排队可以起到缓冲的作用,防止大量的请求同时操作数据库,但它的缺点是增加了系统的响应时间,降低了系统的吞吐量,牺牲了一部分用户体验。

缓存穿透

缓存穿透是指查询数据库和缓存都无数据,因为数据库查询无数据,出于容错考虑,不会将结果保存到缓存中,因此每次请求都会去查询数据库,这种情况就叫做缓存穿透。
在这里插入图片描述

  • 缓存穿透的解决方案有以下几个。
    • 使用过滤器
      我们可以使用过滤器来减少对数据库的请求,例如使用我们前面所学的布隆过滤器。
    • 缓存空结果
      另一种方式是我们可以把每次从数据库查询的数据都保存到缓存中,为了提高前台用户的使用体验 (解决长时间内查询不到任何信息的情况),我们可以将空结果的缓存时间设置得短一些,例如 3~5 分钟。
<think> 嗯,用户这次问的是Redis缓存问题的测试方法,正好结合之前讨论过的雪崩穿透、击穿的概念。用户应该是运维或测试工程师,需要在实际环境中验证缓存机制的可靠性。 之前解释过三种问题的区别:雪崩是大面积失效,穿透是查询不存在数据,击穿是热点key失效。现在用户关心的是如何模拟这些场景进行测试,这很实用——毕竟线上故障的代价太大,提前测试能规避风险。 从引用材料看,[1]提到击穿的互斥锁逻辑过期方案,[2][4]给出雪崩的集群TTL随机化方案,[3]则描述穿透的攻击特征。测试方法可以从这些解决方案逆推: 雪崩测试要模拟批量key同时过期,需要控制Redis的TTL设置;穿透测试要构造非法请求,得准备异常参数数据集;击穿测试最复杂,要精确控制单个热点key过期时间点并制造并发请求。 具体到技术实现: - 雪崩测试可以用Redis的批量过期命令或提前计算好TTL - 穿透测试需要脚本持续发送随机字符串等非常规参数 - 击穿测试的并发模拟工具选JMeter还是locust取决于用户技术栈 - 监控部分特别重要,比如grafana看数据库QPS是否突增 用户可能还隐含需求:这些测试会不会影响线上服务?所以得强调在预发布环境操作。另外测试数据构造的实用性——比如穿透测试的非法参数要覆盖边界值(空值/超长字符串等)。 相关问题设计成递进的比较好:从检测工具到防御机制验证,最后到全链路压测,这样用户能阶梯式深入。 </think> 以下是针对Redis缓存雪崩穿透、击穿的详细测试方法,结合引用材料实际场景设计: --- ### 一、缓存雪崩测试方法 **核心目标**:验证批量缓存失效时数据库的容灾能力 **测试步骤**: 1. **模拟批量失效** - 批量写入1000个测试Key,设置相同TTL(如30秒) - 使用`EXPIREALL`命令(需自定义Lua脚本)或等待自然过期 ```lua -- 批量设置过期脚本 for _,key in ipairs(KEYS) do redis.call('EXPIRE', key, 30) end ``` [^2][^4] 2. **制造高并发请求** - 使用JMeter/Locust模拟1000+并发请求这些Key - **监控指标**: - 数据库QPS突增幅度(如从200QPS升至5000QPS) - Redis缓存命中率骤降至0% - 接口响应延迟是否超过阈值(如>500ms)[^4] 3. **验证防御机制** - 随机TTL方案:检查Key的TTL是否满足 $$ TTL_{real} = TTL_{base} + random(0, 300) $$ - 熔断机制:观察数据库QPS超过阈值时是否触发请求拒绝[^2][^4] --- ### 二、缓存穿透测试方法 **核心目标**:验证对非法请求的拦截能力 **测试步骤**: 1. **构造非法请求** - 生成不存在Key的请求集(如负ID、UUID随机字符串) - 示例数据集:`["user_-1", "product_9999999", "order_abc123"]` 2. **发起持续攻击** - 以200QPS持续发送非法请求10分钟 - **关键监控点**: - Redis是否持续返回`nil` - 数据库是否持续执行无效查询(如`SELECT * FROM users WHERE id=-1`)[^3] 3. **验证防御方案** - 布隆过滤器:检查非法Key是否被拦截(误判率需<0.1%) - 空值缓存:确认`user_-1`等Key被缓存为`""`且TTL=60s[^3] --- ### 三、缓存击穿测试方法 **核心目标**:验证热点Key失效时的并发控制能力 **测试步骤**: 1. **模拟热点Key失效** - 设置热点Key(如`hot_product_123`)并手动`DEL`触发过期 - 使用`redis-cli debug sleep 30`阻塞Redis模拟重建延迟 2. **制造并发重建请求** - 启动500个并发线程同时读取该Key - 监控数据库连接数峰值(如从50激增至500)[^1] 3. **验证解决方案** - **互斥锁方案**: - 检查是否仅1个线程执行`SETNX lock_product_123 1` - 观察其他线程是否等待(响应延迟应≈缓存重建时间) - **逻辑过期方案**: - 修改逻辑过期字段为过去时间(如`expire_at: 1672500000`) - 验证是否返回旧数据并异步重建缓存[^1] --- ### 四、监控与断言设计 | 测试类型 | 通过标准(断言) | 监控工具 | |------------|------------------------------------------|-----------------------| | 雪崩测试 | 数据库QPS增长<300%且不宕机 | Grafana + Prometheus | | 穿透测试 | 非法请求数据库命中率=0% | Redis慢查询日志 | | 击穿测试 | 热点Key并发重建时数据库连接数<最大连接数80% | Zabbix报警机制 | > 关键提示:所有测试需在**预发布环境**进行,避免影响线上服务[^4]。 ---
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