Redis 击穿、穿透、雪崩产生原因以及解决思路

2021-11-16 16:42:42

大家都知道，计算机的瓶颈之一就是IO，为了解决内存与磁盘速度不匹配的问题，产生了缓存，将一些热点数据放在内存中，随用随取，降低连接到数据库的请求链接,避免数据库挂掉。需要注意的是，无论是击穿还是后面谈到的穿透与雪崩,都是在高并发前提下，比如当缓存中某一个热点key失效。

- 问题起因 -

有两个主要原因:

1、Key过期；
2、Key被页面置换淘汰。

对于个原因是因为在Redis中，Key有过期时间，如果某一个时刻(假如商城做活动,零点开始)key失效，那么零点之后对某一个商品查询请求将全都压到数据库上，导致数据库崩。

对于第二个原因，因为内存是有限的，要时时刻刻缓存新的数据，淘汰旧的数据，所以在一定的页面置换策略(常见页面置换算法图解)中，淘汰数据，如果某些商品做活动之前无人问津，势必会被淘汰。

- 应对击穿的处理思路 -

正常的处理请求如图:

由于key过期在所难免，高流量来到Redis时,根据Redis的单线程特性，可以认为任务是在队列里依次执行的，当请求到达Redis发现Key过期时，进行一个操作：设置锁。

这个流程大概如下:

请求到达Redis，发现Redis Key过期，查看有没有锁，没有锁的话回到队列后面排队
设置锁，注意，这儿应该是setnx()，而不是set()，因为可能有其他线程已经设置锁了
获取锁，拿到锁了就去数据库取数据，请求返回后释放锁。

但是引出了一个新的问题，如果拿到锁去拿数据的请求然后挂了怎么办?也就是锁没有释放，其他进程都在等锁，解决办法是:

对锁设置一个过期时间，如果到达了过期时间还没释放就自动释放，问题又来了，锁挂了好说，但是如果是锁超时呢?也就是在设定的时间里数据没有取出来，但是锁由过期了，常见的思路是，锁过期时间值递增，但是想想不靠谱，因为个请求可能超时，如果后面的也超时呢，接连多次超时之后，锁过期时间值势必特别大了，这样做弊端太多。

另外一个思路是，再开启一个线程，进行监控，如果取数据的线程没有挂的话，就适当延迟锁的过期时间。

- 穿透 -

穿透主要原因是很多请求都在访问数据库不存在的数据，例如一个卖书的商城一直被请求查询茶叶产品，由于Redis缓存主要是用来缓存热点数据，对于数据库都不存在的数据,是没法缓存的，这种异常流量就会直接到达数据库并且返回"没有"的查询结果。

应对这种请求，处理办法是对访问请求加一层过滤器，例如布隆过滤器、增强版布隆过滤器、布谷鸟过滤器，详情见：Redis布隆过滤器与布谷鸟过滤器。

除了布隆过滤器，可以增加一些参数检验，例如数据库数据id一般都是递增的，如果请求 id = -10 这种参数，势必绕过Redis，避免这种情况，可以对用户真实性检验等操作。

- 雪崩 -

雪崩，和击穿类似，不同的是击穿是一个热点Key某时刻失效，而雪崩是大量的热点Key在一瞬间失效，网络上很多博客都在强调解决雪崩的策略是随机过期时间，这个非常不准确，举个例子，银行做活动，之前这个利息系数为2%，过了零点系数改为3%，这种情况能将用户的对应的key改为随机过期吗？如果用的过去的数据叫脏数据。

明显不可以，同样存钱，你存到年底利息300万，隔壁才200万，这不得打架啊，开玩笑~

正确的思路是，首先要看看这个Key过期是不是时点性有关，时点性无关的话，可以随机过期时间解决。

如果是时点性有关，例如刚刚说的银行某一天改变某系数，那么就要利用强依赖击穿方案，策略是先过去的线程更新一下所有key。