核酸检测引发的思考，关于redis缓存穿透、击穿和雪崩的理解和解决方案！
2024-03-18 06:38:57
Redis缓存穿透、击穿和雪崩是Redis缓存使用中常见的三种问题，它们各自有不同的特点和解决方案。
缓存穿透- 概述：
缓存穿透是指Redis中没有缓存数据，数据库中也没有对应的数据，业务系统每次都会绕过缓存服务器查询下游的数据库，缓存服务器完全失去了其应有的作用。
缓存穿透形成的原因，有可能是key写错了，也有可能是恶意攻击。缓存穿透会导致后端数据库负载加大，缓存层失去了应有的作用，高并发下可能会造成数据库的宕机。
执行流程如下图：
- 解决方法：
缓存空值：如果某个核酸点没有核酸检测物料，比如试管，可以在第一次问询防疫中心，如果都没有的情况下，就会在这个核酸点贴出公告，告知做核酸的人员，这样后面排队的人就不用苦苦等待了。对于数据缓存来说，如果在第一次查询时数据为空，就可以直接将null值缓存，但要设置一个较短的过期时间。这样，当db中有数据时，可以及时更新，或者利用mq发送异步消息，触发数据的Redis设置。
缓存空值流程如下图：
布隆过滤器(BloomFilter)：一般核酸点，会有一个拿着喇叭的志愿者，当他告诉你没有物料时，你就没必要排队了。而缓存穿透也有很多情况，很多是恶意访问造成的，这些请求可能会随机生成很多key，如果使用空值处理，会在redis中生成很多垃圾数据，这时可以使用布隆过滤器来进行解决。布隆过滤器是一种比较巧妙的概率性数据结构，它可以告诉你数据一定不存在或可能存在。相比Map、Set、List等传统数据结构，布隆过滤器占用的内存少、结构更高效。对于缓存穿透，可以将查询的数据条件都哈希到一个足够大的布隆过滤器中，用户发送的请求会先被布隆过滤器拦截，一定不存在的数据就直接拦截返回了，从而避免下一步对数据库的压力。
布隆过滤器流程如下图：
- 概述：
缓存击穿是指当某一个key缓存过期时，突然有大并发量的请求同时访问这个key，这有可能会瞬间击穿缓存服务器而去直接访问数据库，让数据库处于高负载的情况。DB负载过大，就可能会造成后端服务器宕机。尤其是在秒杀、大促的情况下，并发请求量过大，而key刚好又过期，缓存key对应的key值，计算又比较复杂，重新缓存到数据库也需要一段时间，这时就可能会压垮后端数据库。
执行流程如下图：
- 解决方法：
异步定时更新(及时预防)：可以安排一个志愿者，专门管理核酸、物料，一旦总部有了，马上调拨。放到项目中，可以设置一个定时任务来检查DB。一旦DB中有了数据，就及时放入缓存。如果遇到秒杀大促等高并发的场景，需要在缓存的key失效之前，重新进行缓存，相当于更新数据+延时。
分布式互斥锁：没有物料后，首先通知第一个做核酸的，然后询问防疫指挥进行调拨，并让志愿者进行喇叭通知，让其他排队的都进入到等待状态。在处理缓存时，通常使用一个互斥锁来解决缓存击穿的问题。简单来说，就是当Redis中根据key获得的value值为空时，先给它锁上；然后再从数据库进行加载，加载完毕后再释放锁。若其他线程也在请求该key时，发现获取锁失败，则先阻塞。
分布式互斥锁流程如下图：
- 概述：
缓存集中在一个时间内同时大量失效，就可能会发生大量的缓存穿透，此时查询都落在数据库上，造成数据库负载瞬间过高，严重影响性能，最后有可能导致数据库直接宕机。
- 解决方法：
为key设置不同的过期时间：避免所有的key在同一时间过期，可以给不同的key设置不同的过期进间。
为key设置不同的过期时间流程如下图：
给DB做集群部署：可以对DB搭建集群，进行分流。
给DB做集群部署流程如下图：
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