Redis缓存以及存在的问题--缓存穿透、缓存雪崩、缓存击穿及解决方法

Redis缓存

缓存就是数据交换的缓冲区，是存贮数据的临时地方，一般读写性能较高。

为什么要使用Redis缓存呢？因为普通的基于的磁盘的数据库的IO速度相较于业务需要来说过慢，因此可以将Redis（基于内存的数据库）作为缓存中间件，将数据库中的频繁访问的数据存入到Redis中，提升数据库的访问速度，满足业务需求。

使用Redis缓存可以 降低后端负载，提高读写效率，降低访问时间。

使用Redis来做缓存，一般来讲都如下图所示：

当客户端有数据请求之后，首先会去访问Redis，如果Redis中存在，则直接返回，如果不存在则请求数据库，数据将返回的数据写入Redis，方便下次访问，并且将数据返回给客户端。

缓存更新策略

1. 低一致性需求：使用Redis自带的内存淘汰机制。
2. 高一致性需求
   读操作： 缓存命中，则直接返回；缓存未命中，则查询数据库，写入缓存，设定超时时间。
   写操作：先写数据库，再更新缓存。要确保数据库操作与缓存操作的原子性。

使用Redis缓存注意的问题

缓存穿透

缓存穿透是指客户端请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，这样缓存永远不会生效，这些请求都会打到数据库，不断发起这样的请求，给数据库带来巨大压力。

解决方法：
1.缓存空对象
对于不存在的数据也在Redis建立缓存，值为空，并设置一个较短的TTL时间。

优点：实现简单，维护方便；
缺点：额外的内存消耗；会存在短期的数据不一致的问题。

2.布隆过滤
利用布隆过滤算法，在请求进入Redis之前先判断是否存在，如果不存在则直接拒绝请求。

优点：内存占用少。
缺点：实现复杂；存在误判的可能性。

3.其他方式

• 做好数据的基础格式校验；
• 加强用户权限校验；
• 做好热点参数的限流。

缓存雪崩

在同一时段大量的缓存key同时失效或者Redis服务宕机，导致大量请求到达数据库，带来巨大压力。我们可以根据描述的问题寻找解决方法。

解决方法：

• 给不同的Key的TTL添加随机值；
• 利用Redis集群提高服务的可用性；
• 给缓存业务添加降级限流策略；
• 给业务添加多级缓存；

缓存击穿

缓存击穿问题也叫热点Key问题，就是一个被高并发访问并且缓存重建业务较复杂的key突然失效了，无数的请求访问会在瞬间给数据库带来巨大的冲击。

解决方法：
1.互斥锁
因为当热点key突然过期时，同时会有多个请求同时访问数据库，带给数据库巨大冲击，因此只需要让一个请求去访问数据库，并重建缓存，其他请求在缓存重建之后通过访问缓存即可。这可以通过添加互斥锁的方式实现。即给缓存重建过程加锁，确保重建过程只有一个线程执行，其它线程等待。

优点：实现简单；没有额外内存消耗；一致性好。
缺点：等待导致性能下降；有死锁风险。

2.设置热点key永不过期，即设置逻辑过期时间。

热点key缓存永不过期，而是**设置一个逻辑过期时间，查询到数据时通过对逻辑过期时间判断，来决定是否需要重建缓存。**重建缓存也通过互斥锁保证单线程执行。重建缓存利用独立线程异步执行。其它线程无需等待，直接查询到的旧数据即可。

优点：线程无需等待，性能较好。
缺点：不保证一致性（弱一致性）；有额外内存消耗；实现复杂。