缓存穿透

key 对应的数据在数据源并不存在，每次针对此 key 的请求从Redis缓存获取不到，请求都会压到数据源（数据库），从而可能压垮数据源。
比如：
用一个不存在的用户 id 获取用户信息，不论缓存还是数据库都没有，每次查询这个用户id，缓存没有，就去查询数据库，数据库也没有。就这样大量的查询数据库，就会个带来巨大的压力。

缓存穿透发生的条件：

  • 应用服务器压力变大
  • redis 命中率降低
  • 一直查询数据库，使得数据库压力太大而压垮

其实 redis 在这个过程中一直平稳运行，崩溃的是我们的数据库（如 MySQL）。
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解决方案：

  • 对空值缓存：如果一个查询返回的数据为空（不管是数据是否不存在），我们仍然把这个空结果（null）进行缓存，设置空结果的过期时间会很短，最长不超过五分钟。
  • 设置可访问的名单（白名单）：使用 bitmaps 类型定义一个可以访问的名单，名单 id 作为 bitmaps 的偏移量，每次访问和 bitmap 里面的 id 进行比较，如果访问 id 不在 bitmaps 里面，进行拦截，不允许访问。
  • 采用布隆过滤器：布隆过滤器（Bloom Filter）是 1970 年由布隆提出的。它实际上是一个很长的二进制向量 (位图) 和一系列随机映射函数（哈希函数）。布隆过滤器可以用于检索一个元素是否在一个集合中。它的优点是空间效率和查询时间都远远超过一般的算法，缺点是有一定的误识别率和删除困难。
  • 进行实时监控：当发现 Redis 的命中率开始急速降低，需要排查访问对象和访问的数据，和运维人员配合，可以设置黑名单限制服务。

    缓存击穿

    key 对应的数据存在，但在 redis 中过期，此时若有大量并发请求过来，这些请求发现缓存过期一般都会从后端数据库加载数据并回设到缓存，这个时候大并发的请求可能会瞬间把后端数据库压垮。

缓存击穿的现象：

  • 数据库访问压力瞬时增加，数据库崩溃
  • redis 里面没有出现大量 key 过期
  • redis 正常运行
  • 缓存击穿发生的原因：redis 某个 key 过期了，大量访问使用这个 key（热门 key）。

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解决方案：
key 可能会在某些时间点被超高并发地访问，是一种非常 “热点” 的数据。

  • 预先设置热门数据：在 redis 高峰访问之前，把一些热门数据提前存入到 redis 里面，加大这些热门数据 key 的时长。
  • 实时调整：现场监控哪些数据热门，实时调整 key 的过期时长。
  • 使用锁：
    • 就是在缓存失效的时候（判断拿出来的值为空），不是立即去 load db。
    • 先使用缓存工具的某些带成功操作返回值的操作（比如 Redis 的 SETNX）去 set 一个 mutex key。
    • 当操作返回成功时，再进行 load db 的操作，并回设缓存，最后删除 mutex key；
    • 当操作返回失败，证明有线程在 load db，当前线程睡眠一段时间再重试整个 get 缓存的方法。

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缓存雪崩

key 对应的数据存在，但在 redis 中过期，此时若有大量并发请求过来，这些请求发现缓存过期一般都会从后端数据库加载数据并回设到缓存，这个时候大并发的请求可能会瞬间把后端数据库压垮。
缓存雪崩与缓存击穿的区别在于，雪崩是指很多 key 缓存过期，击穿是指一个key过期。
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解决方案：

  • 构建多级缓存架构：nginx 缓存 + redis 缓存 + 其他缓存（ehcache 等）。
  • 使用锁或队列：用加锁或者队列的方式来保证不会有大量的线程对数据库一次性进行读写，从而避免失效时大量的并发请求落到底层存储系统上，该方法不适用高并发情况。
  • 设置过期标志更新缓存：记录缓存数据是否过期（设置提前量），如果过期会触发通知另外的线程在后台去更新实际 key 的缓存。
  • 将缓存失效时间分散开：比如可以在原有的失效时间基础上增加一个随机值，比如 1-5 分钟随机，这样每一个缓存的过期时间的重复率就会降低，就很难引发集体失效的事件。

分布式锁

随着业务发展的需要，原单体单机部署的系统被演化成分布式集群系统后，由于分布式系统多线程的特点以及分布在不同机器上，这将使原单机部署情况下的并发控制锁策略失效，单纯的 Java API 并不能提供分布式锁的能力。为了解决这个问题就需要一种跨 JVM 的互斥机制来控制共享资源的访问，这就是分布式锁要解决的问题！

使用Redis实现分布式锁

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通过setnx <key> <value>来上锁，如果key存在就不能继续设置值了，只有key不存在才能设置，也就是说setnx只能设置一次
set <key> <value> nx ex 10，设置值得同时上锁nx，并且同时设置过期时间10秒。过期后就可以继续设置了。
通过del <key>释放该键的锁，删了重新设置。