redis缓存三兄弟

redis缓存三兄弟

在 Redis 缓存体系中，“缓存三兄弟” 通常指的是缓存穿透、缓存击穿和缓存雪崩，这三个是缓存场景中常见的典型问题，会严重影响系统性能甚至导致服务崩溃。以下是对它们的详细解析：

1、缓存穿透

问题描述

• 场景：客户端请求不存在于缓存和数据库中的数据，导致请求直接穿透缓存层，每次都访问数据库。
• 危害：大量无效请求会压垮数据库，甚至引发DDoS 攻击。

成因

• 恶意攻击：攻击者故意请求不存在的键（如随机字符串）。
• 业务逻辑漏洞：如用户输入非法参数，查询不存在的数据。

解决方案

1. 布隆过滤器（Bloom Filter）

   • 原理：在请求进入数据库前，用布隆过滤器快速判断数据是否存在。若不存在，直接拒绝请求，避免穿透到数据库。
   • 适用场景：数据基数大、更新频率低的场景（布隆过滤器更新成本较高）。

2. 空值缓存

   • 原理：当查询结果为 null 时，仍将空值存入缓存（设置较短过期时间，如 5 分钟），避免相同请求反复查询数据库。
   • 注意：需设置合理过期时间，防止缓存大量无效数据。

3. 参数校验

   • 对请求参数进行合法性校验（如 ID 格式、范围限制），提前拦截无效请求。

2、缓存击穿

问题描述

• 场景：热点数据的缓存过期瞬间，大量请求同时访问数据库，导致数据库压力激增。
• 关键词：单个热点键、缓存过期、并发请求。

成因

• 热点数据（如秒杀商品、热门新闻）的缓存设置了固定过期时间，到期时大量用户请求同时到达。

解决方案

1. 热点数据永不过期

   • 不设置过期时间，通过其他机制（如异步线程）主动更新缓存（需注意数据一致性）。

2. 加互斥锁（Mutex）

   • 原理：当缓存失效时，仅允许单个请求访问数据库并重建缓存，其他请求等待锁释放后从缓存获取数据。
   • 实现方式：
     • 使用 Redis 的 SET NX 命令实现分布式锁（如 set lock_key unique_value nx px 10000）。
     • 注意设置锁的过期时间，避免死锁。

3. 提前更新缓存

   • 在缓存过期前（如剩余 10% 时间），异步提前刷新缓存，避免到期时被动重建。

3、缓存雪崩

问题描述

• 场景：大量缓存键同时过期或Redis 服务宕机，导致大量请求直接涌入数据库，造成数据库负载过高甚至崩溃。
• 关键词：大量键过期、缓存不可用、请求激增。

成因

• 批量缓存设置了相同或相近的过期时间，到期时集体失效。
• Redis 集群故障（如主从切换、节点宕机），导致缓存服务整体不可用。

解决方案

1. 分散过期时间

   • 在设置缓存过期时间时，添加随机时间偏移（如 TTL = 3600 + random(600)），避免大量键同时过期。

2. 提升缓存高可用性

   • 采用 Redis 集群（Cluster）或主从复制（Master-Slave）架构，结合 Sentinel 实现自动故障转移，减少单点故障影响。

3. 熔断降级

   • 通过熔断器（如 Hystrix、Resilience4j）监控数据库负载，当压力超过阈值时，直接返回预设的默认值或提示信息，保护数据库。

4. 限流

   • 通过限流组件（如 Guava RateLimiter、Redis 限流）限制单位时间内的请求量，避免突发流量压垮系统。

5. 二级缓存

   • 使用本地缓存（如 Caffeine、Ehcache）作为一级缓存，Redis 作为二级缓存，降低对 Redis 的依赖。

4. 三兄弟对比总结