看完Redis缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩来吊打面试官！

一、前言

「Redis 是一个开源（BSD许可）的，内存中的数据结构存储系统，它可以用作数据库、缓存和消息中间件。」

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Redis在缓存应用中还是很广泛的，项目中也经常使用。基本上面试中肯定都会问到，总结一下增强记忆哈！

在享受缓存带来的好处的同时，当然要防止这些不好的方面。

下面我们一起来看看这三种情况的产生原因和解决方案！

「总结： 这三种情况都是在大量请求来的时候，Redis没有命中，请求直接打到数据库，从而导致数据库挂掉！」

Redis缓存简图：

二、缓存穿透

1、产生原因

「大量请求的 key 是不合理的，缓存中根本不存在（数据库中一般也不存在），导致这些请求绕过缓存直接访问数据库，给数据库造成了巨大的压力，随时可能宕机。」

• 恶意查询，如查询id为负数等等。
• key过期，突然来了大量请求时。
• key没有提前预热，突然来了大量请求时。

2、解决方案

• 设置缓存空值：查询数据库没有结果，将空值缓存，但必须设置一个合理的过期时间。
• 布隆过滤器：是一种用于判断一个元素是否属于一个集合的数据结构。
• 合理判断参数的范围：非负数等等。
• 限制并发查询：保证只有一个线程去查询底层数据源，其他线程等待查询结果。

3、具体方案

「设置缓存空值：」

redis有一个配置，可以把从数据库查询出来为空的也缓存到Redis中，也可以自己在代码中写，顺便加上过期时间，也可以配置过期时间，这样是全局都是这个过期时间了，不太建议这样！

spring:
  cache: 
    redis:
      cache-null-value: true
      time-to-live: 30s

「限制并发查询：」

@Cacheable(value={"category"},key = "#root.methodName",sync = true)

sync = true：表示多个线程在尝试获取缓存数据的时候会被阻塞，直到第一个线程从数据库加载数据并放入缓存后，其他线程才能获取到缓存中的数据。这样可以避免多个线程同时查询底层数据库，减轻数据库负载，但会降低并发性能。 默认为false，不开启

「布隆过滤器：」

布隆过滤器（Bloom Filter）是一种用于判断一个元素是否属于一个集合的数据结构。它的主要特点是高效地判断元素是否存在于集合中，且具有空间和时间效率高的优点。布隆过滤器不会存储实际的数据，而是通过一系列的哈希函数和位数组来判断元素的存在。

「当布隆过滤器判断元素不存在时，元素一定不存在，元素存在时，元素不一定存在！」

是不是有点绕，我们在详细说一下：

布隆过滤器有一定的假阳性概率，即在判断元素存在时，有可能出现错误的结果。这是因为多个元素可能产生相同的哈希值，导致位数组中的位被设置为1。

「布隆过滤器一旦添加了元素，就不能删除，因为删除元素会影响其他元素的判断结果。」

一般引入guava中的BloomFilter来实现布隆过滤器！如果喜欢用Hutool，也是有实现的！

下面小编给大家简单的写个demo，大家感受一下！

「引入依赖」

    com.google.guava
    guava
    30.1-jre

「配置布隆过滤器」

/**
 * @author wangzhenjun
 * @date 2023/11/7 17:08
 */
@Configuration
public class BloomFilterConfig {

    // 预期插入的元素个数，从配置文件里拿
    private static final Integer EXPECTED_INSERTIONS = 100000;

    // 期望的误判率，值越低，布隆过滤器计算时间越长，从配置文件里拿
    private static final Double FPP = 0.03;

    @Bean
    public BloomFilter bloomFilter(){
        BloomFilter filter = BloomFilter.create(Funnels.stringFunnel(Charset.forName("utf-8")), EXPECTED_INSERTIONS,FPP);
        return filter;
    }

}

「简单测试」

为了简单，直接写在启动类上了，大家不要学哈！

@EnableAsync
@MapperScan("com.example.demonew.demo.mapper")
@EnableTransactionManagement
@SpringBootApplication
public class DemoNewApplication {

    @Autowired
    private BloomFilter bloomFilter;

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DemoNewApplication.class, args);

    }

    @PostConstruct
    public void init(){
        bloomFilter.put("123");
        boolean b = bloomFilter.mightContain("123");
        System.out.println("是否存在：" + b);
    }

}

三、缓存击穿

1、产生原因

「缓存击穿是指当缓存中某个热点key刚刚过期（一般和缓存穿透区别在于热点数据存在于数据库中），在热点数据重新放入缓存之前，瞬间大量的请求绕过缓存，直接打到数据库，数据库随时宕机！」

并发访问热点key：多个并发请求同时访问相同的缓存键

缓存策略问题：设置了过于短的缓存过期时间，容易导致缓存频繁失效。

「一般出现在秒杀中，秒杀都会提前预热，设置key直到活动结束才会过期！」

2、解决方案

• 缓存预热：系统启动或缓存过期之前，预先加载常用数据到缓存中。
• key永不过期或者使用期间内不过期。
• 限制并发查询：保证只有一个线程去查询底层数据源，其他线程等待查询结果。
• 接口限流、熔断、降级。

3、具体方案

「缓存预热：」

在项目启动时，或者定时任务扫描进行预热！

「限制并发查询：」

@Cacheable(value={"category"},key = "#root.methodName",sync = true)、

详细解释上面已经说过了哈！

「接口限流、熔断、降级」

可以引入：Sentinel来帮助我们更好的限流、熔断、降级，这里就不详细演示了！

四、缓存雪崩

1、产生原因

「缓存雪崩是指缓存中大量key到了过期时间，导致大量的请求直接打到数据库上，数据库随时宕机！」

• redis服务宕机：redis挂了，所有的key都无法访问
• 批量设置大量key相同的过期时间

2、解决方案

• redis搭建集群或者哨兵。
• 随机设置缓存的失效时间（合理范围内的随机时间），或者用不过期（不建议）。
• 限制并发查询：保证只有一个线程去查询底层数据源，其他线程等待查询结果。
• 接口限流、熔断、降级。
• 多级缓存

「这个多级缓存，能不加不加，加了就需要考虑一致性，增加很多复杂度！」

其实缓存击穿和缓存雪崩是很相似的，解决方案，大家也可以看出来很多相同的！这就引出下一个经常问到的问题：

3、具体解决方案

关于Redis的哨兵搭建可以看一下之前写的文章，这里就不演示了！

关于多级缓存，可以引入本地缓存Caffeine。

4、补充

「缓存击穿和缓存雪崩的区别?」

缓存击穿是缓存中某个热点key不存在了，缓存雪崩是缓存中大量或者所有key都不存在了

他俩的根本区别在于一个是单个key，一个是多个甚至全部key！

五、缓存污染

这里补充一下，关于缓存污染的吧！

1、产生原因

缓存污染指缓存中一些访问次数很少的key，甚至只有一次！但是缓存中会存储着，占用内存空间。随着时间越来越久，内存很快被占满，就需要开启淘汰策略去额外处理这些多余的key，影响redis性能。

2、解决方案

• 对与key进行监控，不常用key不需要加入缓存。
• 分析出key访问次数很少，设置过期时间短一些。
• 配置淘汰策略：LRU（最近最少使用）淘汰策略。

最主要还是要把不常用的key找到，后面不在加入缓存，从根本上解决！

还会出现在多个节点之间的数据同步出现数据不统一时产生，这个东西不好避免，因为Redis 是AP（可用性和分区容忍性），在多节点时，一半以上同步完成时，就认为同步成功了！

六、缓存一致性

引入了缓存就必须要保持缓存的一致性，不然加了缓存没有任何意义！

网上关于缓存一致性的文章很多，什么延迟双删等等。

这些都不如阿里Canal，这个是通过监听MySQL的Bin Log日志，来去更新到缓存中！

七、总结

今天我们深入具体的讨论了Redis缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩的产生原因和解决方案，补充了缓存污染和缓存一致性。

是不是有了深刻的印象，这些东西在企业级还是挺常见的，在面试过程中更加常见。 相信大家从头看到尾，对于面试肯定是没有任何问题的。

在企业级应用中，一定要具体情况具体分析，不要盲目照搬，不一定适合你们的需求。

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