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2020
09-22

Redis缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩的原理和解决办法


在大数据时代,由于网络请求的并发,导致的数据库的I/O开销巨大,所以为了缓解数据库的压力,缓存技术必不可少,而这其中redis基本是服务器的缓存服务之一,虽然缓存技术很好用,但是也会出现各种各样的问题,这里就最常见的三种问题进行原理分析和解决,希望能够给大家带来帮助。
  • 缓存穿透:key中对应的缓存数据不存在,导致去请求数据库,造成数据库的压力倍增的情况

  •  缓存击穿:redis过期后的一瞬间,有大量用户请求同一个缓存数据,导致这些请求都去请求数据库,造成数据库压力倍增的情,针对一个key而言

  •  缓存雪崩:缓存服务器宕机或者大量缓存集中某个时间段失效,导致请求全部去到数据库,造成数据库压力倍增的情况,这个是针对多个key而言

 

一、缓存穿透的解决方案


常用方法可以采用布隆过滤器方法进行数据拦截,其次可以还有一种解决思路,就是如果请求的数据为空,将空值也进行缓存,就不会发生穿透情况

<?php
class getPrizeList {
    /**
     * redis实例
     * @var \Redis
     */
    private $redis;
 
    /**
     * @var string
     */
    private $redis_key = '|prize_list';
 
    /**
     * 过期时间
     * @var int
     */
    private $expire = 30;
 
    /**
     * getPrizeList constructor.
     * @param $redis
     */
    public function __construct($redis)
{
        $this->redis = $redis;
    }
 
    /**
     * @return array|bool|string
     */
    public function fetch()
{
        $result = $this->redis->get($this->redis_key);
        if(!isset($result)) {
            //此处应该进行数据库查询...
            //如果查询结果不存在,给其默认空数组进行缓存
            $result = [];
            $this->redis->set($this->redis_key, $result, $this->expire);
        }
 
        return $result;
    }
}

二、缓存击穿解决办法


使用互斥锁(mutex key),就是一个key过期时,多个请求过来允许其中一个请求去操作数据库,其他请求等待第一个请求成功返回结果后再请求。

<?php
class getPrizeList {
    /**
     * redis实例
     * @var \Redis
     */
    private $redis;
 
    /**
     * @var string
     */
    private $redis_key = '|prize_list';
 
    /**
     * @var string
     */
    private $setnx_key = '|prize_list_setnx';
 
    /**
     * 过期时间
     * @var int
     */
    private $expire = 30;
 
    /**
     * getPrizeList constructor.
     * @param $redis
     */
    public function __construct($redis)
{
        $this->redis = $redis;
    }
 
    /**
     * @return array|bool|string
     */
    public function fetch()
{
        $result = $this->redis->get($this->redis_key);
        if(!isset($result)) {
            if($this->redis->setnx($this->setnx_key, 1, $this->expire)) {
                //此处应该进行数据库查询...
                //$result = 数据库查询结果;
                $this->redis->set($this->redis_key, $result, $this->expire);
                $this->redis->del($this->setnx_key); //删除互斥锁
            } else {
                //其他请求每等待10毫秒重新请求一次
                sleep(10);
                self::fetch();
            }
        }
 
        return $result;
    }
}

三、缓存雪崩的解决办法


这种情况是因为多个key同时过期导致的数据库压力,一种方法可以在key过期时间基础上增加时间随机数,让过期时间分散开,减少缓存时间过期的重复率


另一种方法就是加锁排队,这种有点像上面缓存击穿的解决方式,但是这种请求量太大,比如5000个请求过来,4999个都需要等待,这必然是指标不治本,不仅用户体验性差,分布式环境下就更加复杂,因此在高并发场景下很少使用


最好的解决方法,是使用缓存标记,判断该标记是否过期,过期则去请求数据库,而缓存数据的过期时间要设置的比缓存标记的长,这样当一个请求去操作数据库的时候,其他请求拿的是上一次缓存数据

<?php
class getPrizeList {
    /**
     * redis实例
     * @var \Redis
     */
    private $redis;
 
    /**
     * @var string
     */
    private $redis_key = '|prize_list';
 
    /**
     * 缓存标记key
     * @var string
     */
    private $cash_key = '|prize_list_cash';
 
    /**
     * 过期时间
     * @var int
     */
    private $expire = 30;
 
    /**
     * getPrizeList constructor.
     * @param $redis
     */
    public function __construct($redis)
{
        $this->redis = $redis;
    }
 
    /**
     * @return array|bool|string
     */
    public function fetch()
{
        $cash_result = $this->redis->get($this->cash_key);
        $result = $this->redis->get($this->redis_key);
        if(!$cash_result) {
            $this->redis->set($this->cash_key, 1, $this->expire);
            //此处应该进行数据库查询...
            //$result = 数据库查询结果, 并且设置的时间要比cash_key长,这里设置为2倍;
            $this->redis->set($this->redis_key, $result, $this->expire * 2);
            $this->redis->del($this->cash_key); //删除互斥锁
        }
 
        return $result;
    }
}

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