一、引言

Redis 所存在的缓存问题也是大部分缓存所存在的问题，因此本文不单单特指于 Redis。这些问题包括缓存穿透、缓存雪崩、缓存击穿、缓存预热等等，相关文章网络上已经数不胜数了，说实话本文和它们没啥不同之处，只是为了记录，所以对于了解过的人基本就是废话了，谨慎阅读哦。

二、缓存穿透

问题描述：

缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据，这样就导致用户查询的时候，在缓存中找不到，每次都要去数据库再查询一遍，然后返回空（相当于进行了两次无用的查询）。这样请求就绕过缓存直接查数据库，这也是经常提的缓存命中率问题。

解决方案：

有很多种方法可以有效地解决缓存穿透问题，最常见的则是采用布隆过滤器，将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的 bitmap 中，一个一定不存在的数据会被这个 bitmap 拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。

布隆过滤器：一种比较巧妙的概率型数据结构，特点是高效的插入和查询，可以用来告诉你“某样东西一定不存在或者可能存在”。

另外也有一个更为简单粗暴的方法，如果一个查询返回的数据为空（不管是数据不存在，还是系统故障），我们仍然把这个空结果进行缓存，但它的过期时间会很短，最长不超过五分钟。通过这个直接设置的默认值存放到缓存，这样第二次到缓冲中获取就有值了，而不会继续访问数据库。

三、缓存雪崩

问题描述：

缓存雪崩是指在我们设置缓存时采用了相同的过期时间，导致缓存在某一时刻同时失效，请求全部转发到DB，DB瞬时压力过重雪崩。

缓存正常从Redis中获取，示意图如下：

缓存失效瞬间示意图如下：

解决方案：

缓存失效时的雪崩效应对底层系统的冲击非常可怕。大多数系统设计者考虑用加锁或者队列的方式保证缓存的单线程（进程）写，从而避免失效时大量的并发请求落到底层存储系统上。

还可以将缓存失效时间分散开，比如我们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。

四、缓存击穿

问题描述：

对于一些设置了过期时间的 key，如果这些 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。这个时候，需要考虑一个问题：缓存被“击穿”的问题，这个和缓存雪崩的区别在于这里针对某一 key 缓存，而缓存雪崩则是很多 key。

缓存在某个时间点过期的时候，恰好在这个时间点对这个 key 有大量的并发请求过来，这些请求发现缓存过期一般都会从后端DB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 DB 压垮。

解决方案：

业界比较常用的做法，是使用互斥锁(mutex)。简单地来说，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，而是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 或者 Memcached 的 ADD）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；否则就重试这个 get 缓存的方法。

五、缓存预热

问题描述：

缓存预热就是系统上线后，将相关的缓存数据直接加载到缓存系统。这样就可以避免在用户请求的时候，先查询数据库，然后再将数据缓存的问题！用户直接查询事先被预热的缓存数据！

解决方案：

1. 直接写个缓存刷新页面，上线时手工操作下；
2. 数据量不大，可以在项目启动的时候自动进行加载；
3. 定时刷新缓存；

六、缓存更新

除了缓存服务器自带的缓存失效策略之外（Redis默认的有6中策略可供选择），我们还可以根据具体的业务需求进行自定义的缓存淘汰，常见的策略有三种：

（1）定时过期：每个设置过期时间的key都需要创建一个定时器，到过期时间就会立即清除，该策略可以立即清除过期的数据，对内存很友好，但是会占用大量的CPU资源去处理过期的数据，从而影响缓存的响应时间和吞吐量。

（2）惰性过期：当有用户请求过来时，再判断这个请求所用到的缓存是否过期，过期的话就去底层系统得到新数据并更新缓存。

（3）定期过期：每隔一定的时间，会扫描一定数量的数据库的expires字典中一定数量的key，并清除其中已过期的key，该策略是前两者的一个折中方案，通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得CPU和内存资源达到最优的平衡效果。

七、缓存降级

当访问量剧增、服务出现问题（如响应时间慢或不响应）或非核心服务影响到核心流程的性能时，仍然需要保证服务还是可用的，即使是有损服务。系统可以根据一些关键数据进行自动降级，也可以配置开关实现人工降级。

降级的最终目的是保证核心服务可用，即使是有损的。而且有些服务是无法降级的（如加入购物车、结算）。

在进行降级之前要对系统进行梳理，看看系统是不是可以丢卒保帅；从而梳理出哪些必须誓死保护，哪些可降级；比如可以参考日志级别设置预案：

（1）一般：比如有些服务偶尔因为网络抖动或者服务正在上线而超时，可以自动降级；

（2）警告：有些服务在一段时间内成功率有波动（如在95~100%之间），可以自动降级或人工降级，并发送告警；

（3）错误：比如可用率低于90%，或者数据库连接池被打爆了，或者访问量突然猛增到系统能承受的最大阀值，此时可以根据情况自动降级或者人工降级；

（4）严重错误：比如因为特殊原因数据错误了，此时需要紧急人工降级。