Redis 擊穿、穿透、雪崩產(chǎn)生原因以及解決思路

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-? ? ?前言? ? -

大家都知道，計算機(jī)的瓶頸之一就是IO，為了解決內(nèi)存與磁盤速度不匹配的問題，產(chǎn)生了緩存，將一些熱點數(shù)據(jù)放在內(nèi)存中，隨用隨取，降低連接到數(shù)據(jù)庫的請求鏈接,避免數(shù)據(jù)庫掛掉。需要注意的是，無論是擊穿還是后面談到的穿透與雪崩,都是在高并發(fā)前提下，比如當(dāng)緩存中某一個熱點key失效。

-? ? ?問題起因? ? -

有兩個主要原因:

1、Key過期；
2、Key被頁面置換淘汰。

對于第一個原因是因為在Redis中，Key有過期時間，如果某一個時刻(假如商城做活動,零點開始)key失效，那么零點之后對某一個商品查詢請求將全都壓到數(shù)據(jù)庫上，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫崩。

對于第二個原因，因為內(nèi)存是有限的，要時時刻刻緩存新的數(shù)據(jù)，淘汰舊的數(shù)據(jù)，所以在一定的頁面置換策略(常見頁面置換算法圖解)中，淘汰數(shù)據(jù)，如果某些商品做活動之前無人問津，勢必會被淘汰。

-? ? ?應(yīng)對擊穿的處理思路? ? -

正常的處理請求如圖:

由于key過期在所難免，高流量來到Redis時,根據(jù)Redis的單線程特性，可以認(rèn)為任務(wù)是在隊列里依次執(zhí)行的，當(dāng)請求到達(dá)Redis發(fā)現(xiàn)Key過期時，進(jìn)行一個操作：設(shè)置鎖。

這個流程大概如下:

1. 請求到達(dá)Redis，發(fā)現(xiàn)Redis Key過期，查看有沒有鎖，沒有鎖的話回到隊列后面排隊
2. 設(shè)置鎖，注意，這兒應(yīng)該是setnx()，而不是set()，因為可能有其他線程已經(jīng)設(shè)置鎖了
3. 獲取鎖，拿到鎖了就去數(shù)據(jù)庫取數(shù)據(jù)，請求返回后釋放鎖。

但是引出了一個新的問題，如果拿到鎖去拿數(shù)據(jù)的請求然后掛了怎么辦?也就是鎖沒有釋放，其他進(jìn)程都在等鎖，解決辦法是:

對鎖設(shè)置一個過期時間，如果到達(dá)了過期時間還沒釋放就自動釋放，問題又來了，鎖掛了好說，但是如果是鎖超時呢?也就是在設(shè)定的時間里數(shù)據(jù)沒有取出來，但是鎖由過期了，常見的思路是，鎖過期時間值遞增，但是想想不靠譜，因為第一個請求可能超時，如果后面的也超時呢，接連多次超時之后，鎖過期時間值勢必特別大了，這樣做弊端太多。

另外一個思路是，再開啟一個線程，進(jìn)行監(jiān)控，如果取數(shù)據(jù)的線程沒有掛的話，就適當(dāng)延遲鎖的過期時間。

-? ? ?穿透? ? -

穿透主要原因是很多請求都在訪問數(shù)據(jù)庫不存在的數(shù)據(jù)，例如一個賣書的商城一直被請求查詢茶葉產(chǎn)品，由于Redis緩存主要是用來緩存熱點數(shù)據(jù)，對于數(shù)據(jù)庫都不存在的數(shù)據(jù),是沒法緩存的，這種異常流量就會直接到達(dá)數(shù)據(jù)庫并且返回"沒有"的查詢結(jié)果。

應(yīng)對這種請求，處理辦法是對訪問請求加一層過濾器，例如布隆過濾器、增強(qiáng)版布隆過濾器、布谷鳥過濾器，詳情見：Redis布隆過濾器與布谷鳥過濾器。

除了布隆過濾器，可以增加一些參數(shù)檢驗，例如數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)id一般都是遞增的，如果請求 id = -10 這種參數(shù)，勢必繞過Redis，避免這種情況，可以對用戶真實性檢驗等操作。

-? ? ?雪崩?? ?-

雪崩，和擊穿類似，不同的是擊穿是一個熱點Key某時刻失效，而雪崩是大量的熱點Key在一瞬間失效，網(wǎng)絡(luò)上很多博客都在強(qiáng)調(diào)解決雪崩的策略是隨機(jī)過期時間，這個非常不準(zhǔn)確，舉個例子，銀行做活動，之前這個利息系數(shù)為2%，過了零點系數(shù)改為3%，這種情況能將用戶的對應(yīng)的key改為隨機(jī)過期嗎？如果用的過去的數(shù)據(jù)叫臟數(shù)據(jù)。

明顯不可以，同樣存錢，你存到年底利息300萬，隔壁才200萬，這不得打架啊，開玩笑~

正確的思路是，首先要看看這個Key過期是不是時點性有關(guān)，時點性無關(guān)的話，可以隨機(jī)過期時間解決。

如果是時點性有關(guān)，例如剛剛說的銀行某一天改變某系數(shù)，那么就要利用強(qiáng)依賴擊穿方案，策略是先過去的線程更新一下所有key。

在后臺更新熱點key的同時，業(yè)務(wù)層將進(jìn)來的請求延時一下，例如短暫的睡幾毫秒或者秒，給后面的更新熱點key分散壓力。

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