Redis缓存雪崩、缓存击穿、缓存穿透和常见的几种缓存模式

一、缓存雪崩

1）、什么是缓存雪崩？

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

由于原有缓存失效，新缓存未到期间所有原本应该访问缓存的请求都去查询数据库了，而对数据库CPU和内存造成巨大压力，严重的会造成数据库宕机

2）、有什么解决方案来防止缓存雪崩？

1）加锁排队

mutex互斥锁解决，Redis的SETNX去set一个mutex key，当操作返回成功时，再进行加载数据库的操作并回设缓存，否则，就重试整个get缓存的方法

2）数据预热

缓存预热就是系统上线后，将相关的缓存数据直接加载到缓存系统。这样就可以避免在用户请求的时候，先查询数据库，然后再将数据缓存的问题。用户直接查询事先被预热的缓存数据。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不同的key

3）双层缓存策略

C1为原始缓存，C2为拷贝缓存，C1失效时，可以访问C2，C1缓存失效时间设置为短期，C2设置为长期

4）定时更新缓存策略

实效性要求不高的缓存，容器启动初始化加载，采用定时任务更新或移除缓存

5）设置不同的过期时间，让缓存失效的时间点尽量均匀

二、缓存击穿

1）、什么是缓存击穿？

在平常高并发的系统中，大量的请求同时查询一个key时，此时这个key正好失效了，就会导致大量的请求都打到数据库上面去。这种现象我们称为缓存击穿

2）、会带来什么问题

会造成某一时刻数据库请求量过大，压力剧增

3）、如何解决

上面的现象是多个线程同时去查询数据库的这条数据，那么我们可以在第一个查询数据的请求上使用一个互斥锁来锁住它

其他的线程走到这一步拿不到锁就等着，等第一个线程查询到了数据，然后做缓存。后面的线程进来发现已经有缓存了，就直接走缓存

三、缓存穿透

1）、什么是缓存穿透？

缓存穿透是指用户查询数据，在数据库没有，自然在缓存中也不会有。这样就导致用户查询的时候，在缓存中找不到对应key的value，每次都要去数据库再查询一遍，然后返回空（相当于进行了两次无用的查询）。这样请求就绕过缓存直接查数据库

2）、有什么解决方案来防止缓存穿透？

1）缓存空值

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5分钟。通过这个设置的默认值存放到缓存，这样第二次到缓存中获取就有值了，而不会继续访问数据库

2）采用布隆过滤器BloomFilter

优势：占用内存空间很小，位存储；性能特别高，使用key的hash判断key存不存在

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

在缓存之前在加一层BloomFilter，在查询的时候先去BloomFilter去查询key是否存在，如果不存在就直接返回，存在再去查询缓存，缓存中没有再去查询数据库

四、常见的几种缓存模式

1）、Cache Aside

• 应用在查询数据的时候，先从缓存Cache中读取数据，如果缓存中没有，则再从数据库中读取数据，得到数据库的数据之后，将这个数据也放到缓存Cache中
• 如果应用要更新某个数据，也是先去更新数据库中的数据，更新完成之后，则通过指令让缓存Cache中的数据失效

1）这里为什么不让更新操作在写完数据库之后，紧接着去把缓存Cache中的数据也修改了呢？

主要是因为这样做的话，就有2个写操作的事件了，担心在并发的情况下会导致脏数据，举个例子：假如同时有2个请求，请求A和请求B，并发的执行。请求A是要去读数据，请求B是要去更新数据。初始状态缓存中是没有数据的，当请求A读到数据之后，准备往回写的时候，此刻，请求B正好要更新数据，更新完了数据库之后，又去把缓存更新了，那请求A再往缓存中写的就是旧数据了，属于脏数据

2）那么Cache Aside模式就没有脏数据问题了吗？

在极端情况下也可能会产生脏数据。例如，同时有2个请求，请求A和请求B，并发的执行。请求A是要去读数据，请求B是要去写数据。假如初始状态缓存中没有这个数据，那请求A发现缓存中没有数据，就会去数据库中读数据，读到了数据准备写回缓存中，就在这个时候，请求B是要去写数据的，请求B在写完数据库的数据之后，又去设置了缓存失效。这个时候，请求A由于在数据库中读到了之前的旧数据，开始往缓存中写数据了，此时写进入的就也是旧数据。那么最终就会导致，缓存中的数据与数据库的数据不一致，造成了脏数据

2）、Read/Write Through

• 应用要读数据和更新数据都直接访问缓存服务
• 缓存服务同步地将数据更新到数据库

出现脏数据的概率较低，但是就强依赖缓存，对缓存服务的稳定性有较大要求

3）、Write Behind模式

• 应用要读数据和更新数据都直接访问缓存服务
• 缓存服务异步地将数据更新到数据库（通过异步任务）

速度快，效率会非常高，但是数据的一致性比较差，还可能会有数据的丢失情况，实现逻辑也较为复杂

参考：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1609569533593209908&wfr=spider&for=pc
https://mp.weixin.qq.com/s/7gbJCeBKklTlAxU_vsrIxg