概述

緩存擊穿、緩存穿透、緩存雪崩這三個問題是Reids在實際項目中會經常遇到問題，同時，這三個問題也是面試的熱點問題，下面，就本篇文章搞懂緩存穿透、緩存擊穿、緩存雪崩三大問題的原因及解決方法。

Redis在項目中作為緩存中間件是如何工作的？如圖所示

客戶端發起一個查詢請求的時候，首先去緩存中查詢，如果數據在緩存中存在，則直接將緩存中的數據返回給客戶端；如果數據在緩存中不存在，則繼續查詢數據庫，如果數據在數據庫中存在，則將該數據放入緩存中，并返回給客戶端，如果數據在數據庫中也不存在，則直接返回null給客戶端。

1.緩存穿透

1.1 什么是緩存穿透

緩存穿透是指查詢一個緩存中和數據庫中都不存在的數據，導致每次查詢這條數據都會透過緩存，直接查庫，最后返回空。當用戶使用這條不存在的數據瘋狂發起查詢請求的時候，對數據庫造成的壓力就非常大，甚至可能直接掛掉。這種情況的流程就變成下圖這樣了：

1.2 解決方案

解決緩存穿透的方法一般有兩種，第一種是緩存空對象，第二種是使用布隆過濾器。

1.2.1 緩存空對象

第一種方法比較好理解，就是當數據庫中查不到數據的時候，我緩存一個空對象，然后給這個空對象的緩存設置一個過期時間，這樣下次再查詢該數據的時候，就可以直接從緩存中拿到，從而達到了減小數據庫壓力的目的。
但這種解決方式有兩個缺點：
（1）需要緩存層提供更多的內存空間來緩存這些空對象，當這種空對象很多的時候，就會浪費更多的內存；
（2）會導致緩存層和存儲層的數據不一致，即使在緩存空對象時給它設置了一個很短的過期時間，那也會導致這一段時間內的數據不一致問題。

1.2.2 布隆過濾器

使用布隆過濾器，這是比較推薦的方法。所謂布隆過濾器，就是一種數據結構，它是由一個長度為m bit的位數組與n個hash函數組成的數據結構，位數組中每個元素的初始值都是0。在初始化布隆過濾器時，會先將所有key進行n次hash運算，這樣就可以得到n個位置，然后將這n個位置上的元素改為1。這樣，就相當于把所有的key保存到了布隆過濾器中了。

舉個例子，比如我們一共有3個key，我們對這3個key分別進行3次hash運算，key1經過三次hash運算后的結果分別為2/6/10，那么就把布隆過濾器中下標為2/6/10的元素值更新為1，然后再分別對key2和key3做同樣操作，結果如下圖：

這樣，當客戶端查詢時，也對查詢的key做3次hash運算得到3個位置，然后看布隆過濾器中對應位置元素的值是否為1，如果所有對應位置元素的值都為1，就證明key在庫中存在，則繼續向下查詢；如果3個位置中有任意一個位置的值不為1，那么就證明key在庫中不存在，直接返回客戶端空即可。如下圖：

當客戶端查詢key4時，key4的3次hash運算中，有一個位置8的值為0，就說明key4在庫中不存在，直接返回客戶端空即可。

所以，布隆過濾器就相當于一個位于客戶端與緩存層中間的攔截器一樣，負責判斷key是否在集合中存在。如下圖：

布隆過濾器的好處就是解決了第一種緩存空值的不足，但布隆過濾器也存在缺陷，
首先，它有誤判的可能，比如在上面客戶端查詢key4的圖中，假如key4經過3次hash運算得到的位置分別是2/4/6，由于這3個位置的值都是1，所以，布隆過濾器就認為key4在庫中存在，進而繼續向下查詢了。所以，布隆過濾器判斷存在的key實際上可能是不存在的，但布隆過濾器判斷不存在的key是一定不存在的。
它的第二個缺點就是刪除元素比較難，比如現在要刪除key2這個元素，那么需要將2/7/11三個位置的元素值改為0，但這樣就會影響到key1和key3的判斷。

2.緩存擊穿

2.1 什么是緩存擊穿

緩存擊穿是指當緩存中某個熱點數據過期了，在該熱點數據重新載入緩存之前，有大量的查詢請求穿過緩存，直接查詢數據庫。這種情況會導致數據庫壓力瞬間驟增，造成大量請求阻塞，甚至直接掛掉。

2.2 解決方案

解決緩存擊穿的方法也有兩種，第一種是設置key永不過期；第二種是使用分布式鎖，保證同一時刻只能有一個查詢請求重新加載熱點數據到緩存中，這樣，其他的線程只需等待該線程運行完畢，即可重新從Redis中獲取數據。

2.2.1 熱點Key值永不過期

第一種方式比較簡單，在設置熱點key的時候，不給key設置過期時間即可。不過還有另外一種方式也可以達到key不過期的目的，就是正常給key設置過期時間，不過在后臺同時啟一個定時任務去定時地更新這個緩存。

2.2.2 分布式鎖并發更新

第二種方式使用了加鎖的方式，鎖的對象就是key，這樣，當大量查詢同一個key的請求并發進來時，只能有一個請求獲取到鎖，然后獲取到鎖的線程查詢數據庫，然后將結果放入到緩存中，然后釋放鎖，此時，其他處于鎖等待的請求即可繼續執行，由于此時緩存中已經有了數據，所以直接從緩存中獲取到數據返回，并不會查詢數據庫。

3.緩存雪崩

3.1 什么是緩存雪崩

緩存雪崩是指當緩存中有大量的key在同一時刻過期，或者Redis直接宕機了，導致大量的查詢請求全部到達數據庫，造成數據庫查詢壓力驟增，甚至直接掛掉。

3.2 解決方案

針對第一種大量key同時過期的情況，解決起來比較簡單，只需要將每個key的過期時間打散即可，使它們的失效點盡可能均勻分布。
針對第二種redis發生故障的情況，部署redis時可以使用redis的幾種高可用方案部署
除了上面兩種解決方式，還可以使用其他策略，比如設置key永不過期、加分布式鎖等。