缓存穿透缓存击穿缓存雪崩区别和解决方案

Posted 2021-05-21 xiaoniaox

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一、缓存处理流程

      前台请求，后台先从缓存中取数据，取到直接返回结果，取不到时从数据库中取，数据库取到更新缓存，并返回结果，数据库也没取到，那直接返回空结果。

      

 

二、缓存穿透

描述：

缓存穿透是指缓存和数据库中都没有的数据，而用户不断发起请求，如发起为id为“-1”的数据或id为特别大不存在的数据。这时的用户很可能是攻击者，攻击会导致数据库压力过大。

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。

解决方案：

接口层增加校验，如用户鉴权校验，id做基础校验，id<=0的直接拦截；
从缓存取不到的数据，在数据库中也没有取到，这时也可以将key-value对写为key-null，缓存有效时间可以设置短点，如30秒（设置太长会导致正常情况也没法使用）。这样可以防止攻击用户反复用同一个id暴力攻击

解决方法

对请求参数进行校验，不合理直接返回
查询不到的数据也放到缓存，value为空，如 set -999 “”
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
第一种是最基本的策略，第二种其实并不常用，第三种比较常用。

为什么第二种并不常用呢？

因为如果黑客构造的请求id是随机数，第二种并不能起作用，反而由于缓存的清空策略，（例如清除最近没有被访问的缓存）导致有用的缓存被清除了。

 

三、缓存击穿

描述：

缓存击穿是指缓存中没有但数据库中有的数据（一般是缓存时间到期），这时由于并发用户特别多，同时读缓存没读到数据，又同时去数据库去取数据，引起数据库压力瞬间增大，造成过大压力

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

Redis分布式锁为什么要这样写？

1.加锁执行命令

SET resource_name random_value NX PX 30000
1
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;
}

解决方案：

设置热点数据永远不过期。
加互斥锁，互斥锁参考代码如下：

          说明：

          1）缓存中有数据，直接走上述代码13行后就返回结果了

         2）缓存中没有数据，第1个进入的线程，获取锁并从数据库去取数据，没释放锁之前，其他并行进入的线程会等待100ms，再重新去缓存取数据。这样就防止都去数据库重复取数据，重复往缓存中更新数据情况出现。

          3）当然这是简化处理，理论上如果能根据key值加锁就更好了，就是线程A从数据库取key1的数据并不妨碍线程B取key2的数据，上面代码明显做不到这点。

 

 

四、缓存雪崩

描述：

缓存雪崩是指缓存中数据大批量到过期时间，而查询数据量巨大，引起数据库压力过大甚至down机。和缓存击穿不同的是，        缓存击穿指并发查同一条数据，缓存雪崩是不同数据都过期了，很多数据都查不到从而查数据库。

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。

 

解决方案：

缓存数据的过期时间设置随机，防止同一时间大量数据过期现象发生。
如果缓存数据库是分布式部署，将热点数据均匀分布在不同搞得缓存数据库中。
设置热点数据永远不过期。

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