redis缓存存在的隐患及其解决方案

Posted 2021-02-16 我用代码主宰世界

redis缓存
1.缓存穿透
1>.什么是缓存穿透？
业务系统需要查训的数据根本不存在，当业务系统查询时，
首先会在缓存中查训，由于缓存中不存在，然后在往数据
库中查，由于该数据在数据库中也不存在，数据库返回为空。

综上所述：业务系统访问数据库中不存在的数据陈伟缓存穿透。
2>.缓存穿透的危害：
海量请求同一条数据库中不存在的数据，这些请求不经过缓存，
直接访问数据库，数据库压力剧增，业务系统中属IO最为脆弱，
这种危害可能会导致系统奔溃。
3>.为什么会发生缓存穿透？
（1）.恶意攻击，故意制造大量不存在的数据，破坏整个系统。
(2）.代码逻辑错误。
4>.解决方案：
（1）.缓存空的数据：
redis以键值对存储数据，当第一请求数据时，数据不存在，将数据库返回的
的结果为空储存在指定的健中，后续发送请求时直接相应客户端数据不存在，
无需再次查询数据库。
（2）.缓存空数据存在两个问题：
<!>.空值做了缓存，以为这缓存中要存更多的健，需要占用更多的内存空间，
如果是攻击，问题会更加严重，应该给这个健设置一个过期时间，让他自动删除。
<2>.缓存层和存储层的数据会有一段时间窗口不一致，会对业务有一定的影响
比如设置5分钟过期，如果缓存层添加这个数据，有一段时间就会出现与数据库不一致，
此时就利用消息系统或者其他方式清除缓存层的空对象
(3).布隆过滤器：
在缓存层再添加一层障碍，布隆过滤器中存储目前数据库所存在的所有key
当业务系统请求查训时，首先在布隆过滤器中查找key是否存在，若不存在，则说明
数据库中没有该条数据，因此缓存就不要查了，直接返回空对象给客户端，
若存在则进入缓存中查训，如果没有再查数据库。

这个方式是用于数据命中率不高，数据相对固定稳定时性低（通常数据集较大）
的应用场景，代码维护复杂，但缓存占用空间较少。
（4）.两种方案比教：
对于恶意攻击，查训的key往往不同，而且数据较多，此时，第一种方案比较合适，因为
它存储所有空数据的Key,对恶意攻击的key往往不相同，而且每个key往往只执行一次，
而不在使用第二次，但它保护不了数据库。
对空数据的的key各不相同，key重复请求依据场合而言，应该选用第二种方案，对于空数据的
key数量有限，key重复请求依据场合而言，应该选用第一种。2.缓存雪崩：

1>.什么是缓存雪崩？
如果缓存因某种原因发生宕机，或者存在缓存中的数据大面积的是失效，原本
缓存抵挡的海量查训全部用涌向缓存库，因而导致整个系统崩溃。
2>.如何避免缓存雪崩：
(!).将缓存中的数据失效时间错开，过期时间做一个均匀分布的处理。
(2）.排斥锁：第一个线程来读取数据，缓存中没有，先访问数据库，后续线程
再过来访问就必须等待第一个线程访问数据库成功后，再从缓存中访问。
（3）使用分布式锁，这当然是考虑到在分布式环境下，读请求会落到集群中的不同应用服务机器上。分布式锁可以选用zookeeper或基于redis的setnx这类原子性操作来实现。
加锁时需要用到经典的double-check lock。
本方案虽然能够减轻DB压力，防止雪崩。但由于用到了加锁排队，吞吐率是不高的。仅适用于并发量不大的场景。
3.缓存击穿：
1>.什么是热点数据集中失效？
缓存中的每一条数据到会设置失效时间，过了时效时间，该数据就会自动在缓存中删除，
从而保证数据的一致性。
但是，对于一些请求量极高的热点数据，一旦过了失效后海量请求最终会落到数据库上，
从而导致数据库压力极大，系统奔溃

如果第一个线程请求缓存时，缓存中不存在，因而去查讯数据库，就在第一个线程查训数据，而数据库尚未返回查询结果是，
后续线程持续请求，缓存中没有数据，这些请求都会查训数据库，给数据库造成压力，
其次，这些线程持续查询完毕后，都会重复更新缓存。
4.缓存雪崩解决方案：
缓存雪崩是由于原有缓存失效(过期)，新缓存未到期间。所有请求都去查询数据库，而对数据库CPU和内存造成巨大压力，严重的会
造成数据库宕机。从而形成一系列连锁反应，造成整个系统崩溃。
　　1. 碰到这种情况，一般并发量不是特别多的时候，使用最多的解决方案是加锁排队。
public object GetProductListNew(){
　　const int cacheTime = 30;
　　const string cacheKey = "product_list";
　　const string lockKey = cacheKey;
　　var cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
　　if (cacheValue != null){
　　　　return cacheValue;
　　}else{
　　　　lock (lockKey)
　　{
　　　　cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
　　　　if (cacheValue != null){
　　　　　　return cacheValue;
　　　　}else{

　　　　　　　　cacheValue = GetProductListFromDB(); //这里一般是 sql查询数据。
　　　　　　　　CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);

　　　　　　}

　　　　}

　　}
　　　　return cacheValue;
}
2. 加锁排队只是为了减轻数据库的压力，并没有提高系统吞吐量。假设在高并发下，缓存重建期间key是锁着的，这是过来1000个请求
999个都在阻塞的。同样会导致用户等待超时，这是个治标不治本的方法。
　　还有一个解决办法解决方案是：给每一个缓存数据增加相应的缓存标记，记录缓存的是否失效，如果缓存标记失效，则更新数据缓
存。
public object GetProductListNew(){
     int cacheTime = 30;
    string cacheKey = "product_list";
   //缓存标记。
   string cacheSign = cacheKey + "_sign";
   //获取缓存标记
   var sign = CacheHelper.Get(cacheSign);
   //获取缓存值
   var cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
   if (sign != null)
  {
    return cacheValue; //未过期，直接返回。
  }
 else
 {
   //缓存标记过期后重新给缓存标记随便给值，然后缓存时间为30分钟
   CacheHelper.Add(cacheSign, "1", cacheTime);
  cacheValue = GetProductListFromDB(); //这里一般是 sql查询数据。
  CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime*2); //日期设缓存时间的2倍，用于脏读。
  return cacheValue;
}
}