Redis缓存的高并发问题

Redis 做缓存虽减轻了 DBMS 的压力，减小了 RT，但在高并发情况下也是可能会出现各 种问题的。

1 缓存穿透

当用户访问的数据既不在缓存也不在数据库中时，就会导致每个用户查询都会“穿透” 缓存“直抵”数据库。这种情况就称为缓存穿透。一个两个请求无所谓，当高并发的访问请求到达时，缓存穿透不 仅增加了响应时间，而且还会引发对 DBMS 的高并发查询，这种高并发查询很可能会导致DBMS 的崩溃。

缓存穿透产生的主要原因有两个：一是在数据库中没有相应的查询结果，二是查询结果为空时，不对查询结果进行缓存。所以，针对以上两点，解决方案也有两个：

 对非法请求进行限制 。

 对结果为空的查询给出默认值 。

可以使用布隆过滤器解决缓存穿透的问题

• 把已存在数据的key存在布隆过滤器中，相当于redis前面挡着一个布隆过滤器。
• 当有新的请求时，先到布隆过滤器中查询是否存在:
• 如果布隆过滤器中不存在该条数据则直接返回;
• 如果布隆过滤器中已存在，才去查询缓存redis，如果redis里没查询到则再查询Mysq|数据库

2 缓存击穿

• 对于某一个缓存，在高并发情况下若其访问量特别巨大，当该缓存的有效时限到达时（即刚好达到设置的时间，此数据在缓存消失了（key到期了），此时大量用户来访问它）， 可能会出现大量的访问都要重建该缓存
• 即这些访问请求发现缓存中没有该数据，则立即到DBMS 中进行查询，那么这就有可能会引发对 DBMS 的高并发查询，从而接导致 DBMS 的崩 溃。
• 这种情况称为缓存击穿，而该缓存数据称为热点数据。 对于缓存击穿的解决方案，较典型的是使用“双重检测锁”机制。 类似于高并发下安全的单例

3 缓存雪崩

对于缓存中的数据，很多都是有过期时间的。

• 若大量缓存的过期时间在同一很短的时间 段内几乎同时到达，那么在高并发访问场景下就可能会引发对 DBMS 的高并发查询，而这将 可能直接导致 DBMS 的崩溃。这种情况称为缓存雪崩。
• 对于缓存雪崩没有很直接的解决方案，最好的解决方案就是预防，即提前规划好缓存的 过期时间。要么就是让缓存永久有效，当 DB 中数据发生变化时清除相应的缓存。
• 如果 DBMS采用的是分布式部署，则将热点数据均匀分布在不同数据库节点中，将可能到来的访问负载均衡开来。

解决办法

事前：尽量保证整个 Redis 集群的高可用性，发现机器宕机尽快补上，选择合适的内存淘汰策略。
事中：本地ehcache缓存 + hystrix限流&降级，避免MySQL崩掉， 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。
事后：利用 Redis 持久化机制保存的数据尽快恢复缓存

4 数据库缓存双写不一致

以上三种情况都是针对高并发读场景中可能会出现的问题，而数据库缓存双写不一致问 题，则是在高并发写场景下可能会出现的问题。 对于数据库缓存双写不一致问题，以下两种场景下均有可能会发生：

（1） “修改 DB 更新缓存”场景

对于具有缓存 warmup 功能的系统，DBMS 中常用数据的变更，都会引发缓存中相关数 据的更新。在高并发写请求场景下，若多个请求要对 DBMS 中同一个数据进行修改，修改后 还需要更新缓存中相关数据，那么就有可能会出现缓存与数据库中数据不一致的情况。

第一种没有问题。

第二种：a修改DB中的数据后stock=7，刚想从本地缓存写入redis缓存，此时出问题了（有可能是时间片到了也有可能redis出现问题），这是b过来了，也修改了数据stock=2，然后更新缓存也是2，然后出现问题的a请求又好了，更新redis stock为7。（覆盖了2）

解决方案：

最经典的缓存+数据库读写的模式，就是 预留缓存模式Cache Aside Pattern。

• 读的时候，先读缓存，缓存没有的话，就读数据库，然后取出数据后放入缓存，同时返回响应。
• 更新的时候，先删除缓存，然后再更新数据库，这样读的时候就会发现缓存中没有数据而直接去数据库中拿数据了。

题外话：

本地缓存和Redis缓存是两种不同的缓存方式。

本地缓存是指将数据缓存在本地内存中，通常使用内存缓存库（如Memcached、Ehcache等）来实现。本地缓存的优点是访问速度快，缓存的数据可以快速地被读取，同时数据在本地内存中，可以减轻数据库的压力。然而，本地缓存的缺点是容易受到服务器重启、应用重启等因素的影响，同时可用空间有限。

Redis缓存是一种基于内存的（也可以持久化到磁盘）键值对存储系统，具有高性能、高可用性和可扩展性等优点。Redis可以作为分布式缓存来使用，可以减轻数据库的压力并提高应用程序的响应速度。Redis还提供了多种数据结构，如字符串、哈希、列表、集合和有序集合等，还可以设置过期时间，可以满足复杂的应用场景。

相比之下，本地缓存通常只适用于单机环境，适用于只有一个应用程序使用的数据，而Redis适用于分布式、多应用程序场景下的数据缓存。虽然Redis的性能和可用性优于本地缓存，但是使用Redis也需要考虑到数据一致性、网络延迟等问题。因此，具体的缓存方案应该根据应用场景来选择。

（2） “修改 DB 删除缓存”场景

在很多系统中是没有缓存 warmup 功能的，为了保持缓存与数据库数据的一致性，一般 都是在对数据库执行了写操作后，就会删除相应缓存。

在高并发读写请求场景下，若这些请求对 DBMS 中同一个数据的操作既包含写也包含读， 且修改后还要删除缓存中相关数据，那么就有可能会出现缓存与数据库中数据不一致的情况。

问题：

• b先查询 redis中无数据 ，到DB查为10，然后写入本地缓存，此时出现问题中断了。
• 然后a过来修改DB中的数据，并将redis中相关数据删除。
• 然后b恢复执行，将本地缓存的10写入redis。
  

（3） 解决方案：延迟双删

延迟双删方案是专门针对于“修改 DB 删除缓存”场景的解决方案。但该方案并不能彻 底解决数据不一致的状况，其只可能降低发生数据不一致的概率。

延迟双删方案是指，在写操作完毕后会立即执行一次缓存的删除操作，然后再停上一段 时间（一般为几秒）后再进行一次删除。而两次删除中间的间隔时长，要大于一次缓存写操作的时长。