《redis学习》-- 缓存穿透和缓存雪崩的预防和解决

缓存穿透与雪崩解决方案
本文探讨了缓存穿透和缓存雪崩的问题,并提出了有效的预防措施。针对缓存穿透,介绍了使用布隆过滤器拦截无效查询和缓存空结果的方法;对于缓存雪崩,则建议采用加锁控制并发、预加载缓存及设置不同过期时间等策略。

redis

缓存穿透和缓存失效的预防和解决

缓存穿透:

  • 认识

    缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据,由于缓存是不命中时需要从数据库查询,查不到数据则不写入缓存,这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询,造成缓存穿透。

  • 解决办法:

  1. 对所有可能查询的参数以hash形式存储,在控制层先进行校验,不符合则丢弃。还有最常见的则是采用布隆过滤器,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,从而避免了对底层存储系统的查询压力。
  2. 也可以采用一个更为简单粗暴的方法,如果一个查询返回的数据为空(不管是数 据不存在,还是系统故障),我们仍然把这个空结果进行缓存,但它的过期时间会很短,最长不超过五分钟。

缓存雪崩

  • 认识

    如果缓存集中在一段时间内失效,发生大量的缓存穿透,所有的查询都落在数据库上,造成了缓存雪崩。

    这个没有完美解决办法,但可以分析用户行为,尽量让失效时间点均匀分布。大多数系统设计者考虑用加锁或者队列的方式保证缓存的单线程(进程)写,从而避免失效时大量的并发请求落到底层存储系统上。

  • 解决方法

  1. 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。比如对某个key只允许一个线程查询数据和写缓存,其他线程等待。
  2. 可以通过缓存reload机制,预先去更新缓存,再即将发生大并发访问前手动触发加载缓存
  3. 不同的key,设置不同的过期时间,让缓存失效的时间点尽量均匀
  4. 做二级缓存,或者双缓存策略。A1为原始缓存,A2为拷贝缓存,A1失效时,可以访问A2,A1缓存失效时间设置为短期,A2设置为长期。
<think> 首先,用户的问题是:"我想了解redis缓存雪崩缓存穿透缓存击穿的含义"。用户想知道这三种缓存问题的含义。 我从系统指令中知道: - 我必须使用$...$格式表示行内数学表达式。 - 独立公式用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法必须正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识。 - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题,尽量保证真实可靠。 用户提供了几个引用: - 引用[1]:解释了缓存击穿:热点key过期导致大量访问数据库。解决方式:互斥锁逻辑过期。 - 引用[2]:强调了面试重要性,给出了预防策略:事前(Redis高可用)、事中(本地缓存、限流、降级)、事后(持久化)。 - 引用[3]:介绍了缓存雪崩的例子:大批缓存同时过期。解决办法:Redis集群、限流、随机过期时间、缓存永不失效。 - 引用[4]:解释了缓存穿透:查询不存在的数据,直接访问数据库。 - 引用[5]:提供了总结对比表,列出了三种问题的触发条件、数据库压力、特征解决方案。 我需要基于这些引用,结构化地回答用户的问题: - 先解释每个术语的含义。 - 确保回答清晰、逐步。 - 使用中文。 - 在引用的地方自然地添加引用标识,如[^1]。 定义: - **缓存雪崩**:大量缓存同时过期或Redis服务不可用,导致请求直接打到数据库,造成数据库压力过大。引用[3][^5]。 - **缓存穿透**:查询数据库中不存在的数据,缓存中也没有,导致每次请求都访问数据库。引用[^4][^5]。 - **缓存击穿**:一个热点key过期时,大量并发请求直接访问数据库。引用[^1][^5]。 结构化回答: 1. **简介**:先概述Redis缓存问题的背景。 2. **缓存雪崩**解释。 3. **缓存穿透**解释。 4. **缓存击穿**解释。 5. **总结**对比。 6. **生成相关问题**:在最后添加相关问题。 添加引用标识: - 当引用某个具体段落时,在末尾加上[^n],但确保自然。例如,在解释缓存击穿时提到"热点key过期"时引用[^1]。 生成相关问题: - 基于主题,生成3-5个相关问题,如解决方案、区别等。参考示例中的格式:"§§相关问题§§" 后列出问题。 回答格式: - 使用清晰的标题或段落。 - 避免使用Markdown标题,因为用户可见层要自然。 最终回答结构: - 开头:直接回答问题。 - 主体:分点解释每种含义。 - 结尾:简要总结。 - 相关问题部分。 内容大纲: 1. Redis缓存问题简介:Redis用于缓存数据,但可能有三种常见问题:雪崩穿透、击穿。 2. 缓存雪崩:含义、例子(如大批缓存同时过期)、后果。 3. 缓存穿透:含义、例子(查询不存在的数据如id=-1)、后果。 4. 缓存击穿:含义、例子(热点key过期)、后果。 5. 总结:对比三者区别(参考引用[5]表)。 6. 相关问题:生成相关问题。 相关问题想法: 1. 如何防止Redis缓存雪崩? 2. 缓存穿透缓存击穿有什么区别? 3. Redis中如何实现互斥锁来解决缓存击穿? 4. 在实际项目中,如何检测缓解缓存穿透问题? 5. 为什么缓存永不失效是解决雪崩的一种方式? 确保使用中文。 </think> ### Redis缓存雪崩缓存穿透缓存击穿的含义 Redis作为高性能缓存系统,在应用中常见三种缓存问题:缓存雪崩缓存穿透缓存击穿。这些问题可能导致数据库压力过大甚至服务崩溃。下面我将基于您的引用材料,清晰地解释每种问题的含义、特征典型场景(参考引用[1], [3], [4], [5])。回答结构如下:先定义每种问题,再举例说明,最后总结对比。 #### 1. **缓存雪崩** - **含义**:缓存雪崩指大量缓存数据在同一时间段过期或Redis服务不可用,导致大量请求直接涌入数据库,引发数据库负载剧增甚至宕机。这就像雪崩一样,瞬间压力爆发波及整个系统[^3][^5]。 - **例子**:假设在秒杀活动前12小时,您将商品数据批量存入Redis,并设置统一的12小时过期时间。活动开始时,所有缓存同时失效,大量用户请求无法命中缓存,直接查询数据库,造成数据库瞬间高负载[^3]。 #### 2. **缓存穿透** - **含义**:缓存穿透指用户查询数据库中不存在的数据(如无效ID或恶意攻击),导致每次请求都绕过缓存直接访问数据库。这会持续消耗数据库资源,尤其当攻击者频繁发送无效查询时[^4][^5]。 - **例子**:如果数据库中ID从0开始自增,用户却反复查询ID为-1的数据。由于缓存数据库都没有该数据,请求直接打到数据库,形成持续无效流量压力[^4]。 #### 3. **缓存击穿** - **含义**:缓存击穿指一个热点Key(如高并发访问的数据)过期时,大量并发请求同时涌入数据库试图重建缓存。这会造成瞬时数据库峰值压力,区别于雪崩的批量失效[^1][^5]。 - **例子**:在秒杀活动中,某个热门商品Key(如“iphone_15”)缓存过期瞬间,成千上万用户请求该Key,全部直接访问数据库,导致数据库瞬时过载[^1]。 #### 总结对比 | 问题类型 | 触发条件 | 数据库压力特征 | 核心差异点 | |------------|------------------------------|----------------------|--------------------------| | **缓存雪崩** | 大批缓存同时过期或Redis故障 | 持续高压、随机爆发 | 多个Key同时失效[^5] | | **缓存穿透** | 查询不存在数据 | 持续无效请求 | 数据根本不存在[^4] | | **缓存击穿** | 单个热点Key过期 | 瞬时峰值 | 聚焦单个高并发Key[^1][^5] | 理解这些含义有助于设计预防策略,如设置随机过期时间避免雪崩、使用布隆过滤器过滤穿透请求、或互斥锁解决击穿问题[^2]。
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