缓存雪崩，缓存穿透，缓存击穿出现的原因及解决方案?

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缓存雪崩

出现过程

假设有如下一个系统，高峰期请求为5000次/秒，4000次走了缓存，只有1000次落到了数据库上，数据库每秒1000的并发是一个正常的指标，完全可以正常工作，但如果缓存宕机了，或者缓存设置了相同的过期时间，导致缓存在同一时刻同时失效，每秒5000次的请求会全部落到数据库上，数据库立马就死掉了，因为数据库一秒最多抗2000个请求，如果DBA重启数据库，立马又会被新的请求打死了，这就是缓存雪崩。

解决方法

1. 事前：redis高可用，主从+哨兵，redis cluster，避免全盘崩溃
2. 事中：本地ehcache缓存 + hystrix限流&降级，避免MySQL被打死
3. 事后：redis持久化RDB+AOF，快速恢复缓存数据
4. 缓存的失效时间设置为随机值，避免同时失效

缓存穿透

出现过程

假如客户端每秒发送5000个请求，其中4000个为黑客的恶意攻击，即在数据库中也查不到。举个例子，用户id为正数，黑客构造的用户id为负数，如果黑客每秒一直发送这4000个请求，缓存就不起作用，数据库也很快被打死。

解决方法

1. 对请求参数进行校验，不合理直接返回
2. 查询不到的数据也放到缓存，value为空，如 set -999 ""
3. 使用布隆过滤器，快速判断key是否在数据库中存在，不存在直接返回

缓存击穿

出现过程

设置了过期时间的key，承载着高并发，是一种热点数据。从这个key过期到重新从MySQL加载数据放到缓存的一段时间，大量的请求有可能把数据库打死。缓存雪崩是指大量缓存失效，缓存击穿是指热点数据的缓存失效

解决方法

1. 设置key永远不过期，或者快过期时，通过另一个异步线程重新设置key
2. 当从缓存拿到的数据为null，重新从数据库加载数据的过程上锁，下面写个分布式锁实现的demo

Redis实现分布式锁

我之前的文章写到了Redis实现分布式锁的原理，这里就不再详细概述了

在Redis中使用简单强大的Lua脚本

1.加锁执行命令

SET resource_name random_value NX PX 30000 

2.解锁执行脚本

if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then  
    return redis.call("del", KEYS[1])  
else  
    return 0  
end 

写一个分布式锁工具类

public class LockUtil { 
 
    private static final String OK = "OK"; 
    private static final Long LONG_ONE = 1L; 
    private static final String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end"; 
 
    public static boolean tryLock(String key, String value, long expire) { 
        Jedis jedis = RedisPool.getJedis(); 
        SetParams setParams = new SetParams(); 
        setParams.nx().px(expire); 
        return OK.equals(jedis.set(key, value, setParams)); 
    } 
 
    public static boolean releaseLock(String key, String value) { 
        Jedis jedis = RedisPool.getJedis(); 
        return LONG_ONE.equals(jedis.eval(script, 1, key, value)); 
    } 
} 

工具类写起来还是挺简单的

示例代码

public String getData(String key) { 
    String lockKey = "key"; 
    String lockValue = String.valueOf(System.currentTimeMillis()); 
    long expireTime = 1000L; 
    String value = getFromRedis(key); 
    if (value == null) { 
        if (LockUtil.tryLock(lockKey, lockValue, expireTime)) { 
            // 从数据库取值并放到redis中 
            LockUtil.releaseLock(lockKey, lockValue); 
        } else { 
            // sleep一段时间再从缓存中拿 
            Thread.sleep(100); 
            getFromRedis(key); 
        } 
    } 
    return value; 
}