redis 的雪崩、穿透和击穿解决方案

关于Redis雪崩,穿透,击穿的问题,第一次接触名字有点陌生,听上去还比较相似,难以理解,过去做的很多项目中也都是用过Redis,但是第一次听到这几个关于Redis的坑还是一脸懵逼,直到这些坑真正显灵的时候才彻底意识到搞明白。

第一次线上遇到 Redis 雪崩的时候我是维护某电影线上平台(某首富家的)国内某电影平台,因为系统架构老旧,每年大年初一贺岁档电影上映,购票人达到高峰,系统就会发生因缓存失效问题导致的出票故障,当时底层是用的oracle小型机,依旧扛不住。大年初一,所有同事打开电脑被迫营业,关于缓存失效引起的类似问题,坚决要扼杀,对用户友好,对程序员友好,对老板也友好。

1.面试官:关于Redis雪崩,穿透,击穿你是怎么理解的?

Redis 雪崩:

雪崩就是指缓存中大批量热点数据过期后系统涌入大量查询请求,因为大部分数据在Redis层已经失效,请求渗透到数据库层,大批量请求犹如洪水一般涌入,引起数据库压力造成查询堵塞甚至宕机。

解决办法:

  1. 将缓存失效时间分散开,比如每个key的过期时间是随机,防止同一时间大量数据过期现象发生,这样不会出现同一时间全部请求都落在数据库层,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Redis和数据库中,有效分担压力,别一个人扛。简单粗暴,让Redis数据永不过期(如果业务准许,比如不用更新的名单类)。当然,如果业务数据准许的情况下可以,比如中奖名单用户,每期用户开奖后,名单不可能会变了,无需更新。

面试题

了解什么是 redis 的雪崩、穿透和击穿?redis 崩溃之后会怎么样?系统该如何应对这种情况?如何处理 redis 的穿透?

面试官心理分析

其实这是问到缓存必问的,因为缓存雪崩和穿透,是缓存最大的两个问题,要么不出现,一旦出现就是致命性的问题,所以面试官一定会问你。

面试题剖析

缓存雪崩

对于系统 A,假设每天高峰期每秒 5000 个请求,本来缓存在高峰期可以扛住每秒 4000 个请求,但是缓存机器意外发生了全盘宕机。缓存挂了,此时 1 秒 5000 个请求全部落数据库,数据库必然扛不住,它会报一下警,然后就挂了。此时,如果没有采用什么特别的方案来处理这个故障,DBA 很着急,重启数据库,但是数据库立马又被新的流量给打死了。

这就是缓存雪崩。



大约在 3 年前,国内比较知名的一个互联网公司,曾因为缓存事故,导致雪崩,后台系统全部崩溃,事故从当天下午持续到晚上凌晨 3~4 点,公司损失了几千万。

缓存雪崩的事前事中事后的解决方案如下。 - 事前:redis 高可用,主从+哨兵,redis cluster,避免全盘崩溃。 - 事中:本地 ehcache 缓存 + hystrix 限流&降级,避免 MySQL 被打死。 - 事后:redis 持久化,一旦重启,自动从磁盘上加载数据,快速恢复缓存数据。




用户发送一个请求,系统 A 收到请求后,先查本地 ehcache 缓存,如果没查到再查 redis。如果 ehcache 和 redis 都没有,再查数据库,将数据库中的结果,写入 ehcache 和 redis 中。

限流组件,可以设置每秒的请求,有多少能通过组件,剩余的未通过的请求,怎么办?走降级!可以返回一些默认的值,或者友情提示,或者空白的值。

好处: - 数据库绝对不会死,限流组件确保了每秒只有多少个请求能通过。 - 只要数据库不死,就是说,对用户来说,2/5 的请求都是可以被处理的。 - 只要有 2/5 的请求可以被处理,就意味着你的系统没死,对用户来说,可能就是点击几次刷不出来页面,但是多点几次,就可以刷出来一次。

缓存穿透

对于系统A,假设一秒 5000 个请求,结果其中 4000 个请求是黑客发出的恶意攻击。

黑客发出的那 4000 个攻击,缓存中查不到,每次你去数据库里查,也查不到。

举个栗子。数据库 id 是从 1 开始的,结果黑客发过来的请求 id 全部都是负数。这样的话,缓存中不会有,请求每次都“视缓存于无物”,直接查询数据库。这种恶意攻击场景的缓存穿透就会直接把数据库给打死。

解决方式很简单,每次系统 A 从数据库中只要没查到,就写一个空值到缓存里去,比如 set -999 UNKNOWN。然后设置一个过期时间,这样的话,下次有相同的 key 来访问的时候,在缓存失效之前,都可以直接从缓存中取数据。

缓存击穿

缓存击穿,就是说某个 key 非常热点,访问非常频繁,处于集中式高并发访问的情况,当这个 key 在失效的瞬间,大量的请求就击穿了缓存,直接请求数据库,就像是在一道屏障上凿开了一个洞。

解决方式也很简单,可以将热点数据设置为永远不过期;或者基于 redis or zookeeper 实现互斥锁,等待第一个请求构建完缓存之后,再释放锁,进而其它请求才能通过该 key 访问数据。

public String get(key) {
    String value = redis.get(key);
    if (value == null) { //代表缓存值过期
        //设置3min的超时,防止del操作失败的时候,下次缓存过期一直不能load db
        if (redis.setnx(key_mutex, 1, 3 * 60) == 1) {  //代表设置成功
            value = db.get(key);
                    redis.set(key, value, expire_secs);
                    redis.del(key_mutex);
            } else {  //这个时候代表同时候的其他线程已经load db并回设到缓存了,这时候重试获取缓存值即可
                    sleep(50);
                    get(key);  //重试
            }
        } else {
            return value;      
        }
}



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