Redis 缓存雪崩、缓存击穿、缓存穿透、缓存预热
常规的缓存处理流程是：客户端向服务端请求数据 ，服务端先从缓存中 get 数据，缓存命中则直接返回结果，否则从 DB 中取，DB 获取到数据就去更新缓存并返回结果，否则返回空。
这个流程放在本地环境研究学习还行，如果要部署到生产，就需要考虑缓存雪崩、缓存击穿和缓存穿透的致命问题！
一、缓存雪崩
缓存雪崩是指某一时刻发生了大规模的缓存失效，比如发生了 Redis 服务器宕机、缓存数据同时到期被删除这种情况，此时大量的请求直接转发到数据库，数据库一旦撑不住就会导致整个服务瘫痪。
缓存雪崩
解决方案：
- 分析用户行为，制定策略为 key 设置不同的过期时间，尽量让缓存失效的时间均匀分布
- 采用主从架构 + Sentinel 或者 Redis Cluster 实现HA，避免 Redis 单点故障
- 设置本地缓存(ehcache) + 限流(hystrix)。如果某个目标服务调用慢或者有大量超时，此时，熔断该服务的调用，对于后续调用请求，不再继续调用目标服务，直接返回，快速释放资源。如果目标服务情况好转则恢复调用。服务降级的最终目的是保证核心服务可用
- 开启 Redis 持久化机制，服务重启后快速恢复缓存数据
PS：对服务降级前需做系统梳理，比如：哪些业务是核心，哪些业务可以容许暂时不提供服务(利用静态页面替换)等，以及配合服务器核心指标，来设置整体预案，比如：
1）一般：比如有些服务偶尔因为网络抖动或者服务正在上线而超时，可以自动降级；
2）警告：有些服务在一段时间内成功率有波动（如在95~100%之间），可以自动降级或人工降级，并发送告警；
3）错误：比如可用率低于90%，或者数据库连接池被打爆了，或者访问量突然猛增到系统能承受的最大阀值，此时可以根据情况自动降级或者人工降级；
4）严重错误：比如因为特殊原因数据错误了，此时需要紧急人工降级。
二、缓存击穿
对于一些设置了过期时间的热点 key，需要考虑缓存被“击穿”的问题，这个和缓存雪崩的区别在于这里是针对某个 key 的缓存，前者则是很多 key。
解决方案：
- 使用互斥锁（mutex key）：让一个线程构建 Redis 缓存，其他线程等待构建缓存的线程执行完，然后直接从缓存获取数据
String get(String key) {
String value = redis.get(key);
if (value == null) {
if (redis.setnx(key_max, "1")) {
redis.expire(KEY_MUTEX, 3 * 60);
value = pg.get(key);
redis.set(key, value);
redis.delete(KEY_MUTEX);
} else {
// 其他线程 50ms 后重试
Thread.sleep(50);
get(key);
}
}
}
- 设置 key 永不过期：永不过期既要保证 key 一直持有在缓存中，又要能对 key 的 value 进行及时的更新。实现的方式是不为 key 设置物理过期时间，即不通过
redis.expire(key, timeout)命令设置过期时间；但是要设置一个逻辑的过期时间，可以把 key 的过期时间拼接到 value 中，程序访问缓存时，从 value 中解析出过期时间并根据规则判定 key 是否需要更新
上述两种方案对比：
| 方案 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 使用互斥锁（mutex key） | 保证一致性 | 程序复杂度高，存在死锁和线程阻塞的风险 |
| 设置 key 永不过期 | 异步构建缓存，线程不会阻塞 | 无法保证一致性，代码复杂度增加，每个 key 占用的空间增加 |
三、缓存穿透
缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据。出于容错考虑，如果从存储层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存储层去查询，失去了缓存的意义，也很容易被攻击者作为系统漏洞进行攻击。
解决方案：
- 由于请求的参数是不合法的(每次都请求不存在的数据)，于是我们可以使用布隆过滤器（BloomFilter）或者压缩 filter 提前拦截，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 过滤掉，从而缓解底层存储系统的查询压力
- 接口层增加校验，如用户鉴权校验，id 做基础校验，id<=0 的直接拦截
- 即便存储层查不到这个数据，也将返回的空对象设置到缓存里。下次再请求的时候，直接从缓存取到空对象返回，这种情况一般会将空对象设置一个较短的过期时间，这样可以防止攻击者反复用同一个 id 暴力攻击
四、缓存预热
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，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。
