Redis缓存异常问题，常用解决方案总结

前言

Redis是当前最流行的NoSQL数据库之一 ，其主要用途是作为缓存，以提高数据查询效率和保护

数据库，因此对于提高系统性能起到了至关重要的作用。当然，也常常会遇到一些异常情况，从而

导致 Redis 失去缓存作用。

常见的异常类型主要有：缓存雪崩、缓存穿透、缓存击穿。

Redis缓存异常问题分别是：1.缓存雪崩。2.缓存预热。3.缓存穿透。4.缓存降级。5.缓存击穿，以

及对应Redis缓存异常问题解决方案。

1.缓存雪崩

1.1、什么是缓存雪崩

如果缓存集中在一段时间内失效，发生大量的缓存穿透，所有的查询都落在数据库上，造成了缓存雪崩由于原有缓存失效，新缓存未到期间所有原本应该访问缓存的请求都去查询数据库了，而对数据库CPU和内存造成巨大压力，严重的会造成数据库宕机。

举例来说， 我们在准备一项抢购的促销运营活动，活动期间将带来大量的商品信息、库存等相关信息的查询。

为了避免商品数据库的压力，将商品数据放入缓存中存储。不巧的是，抢购活动期间，大量的热门商品缓存同时失

效过期了，导致很大的查询流量落到了数据库之上，对于数据库来说造成很大的压力。

1.2、解决方案

1、加锁排队

mutex互斥锁解决，Redis的SETNX去set一个mutex key，当操作返回成功时，再进行加载数据库的操作并回设缓存，否则，就重试整个get缓存的方法。

2、数据预热

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。可以通过缓存reload机制，预先去更新缓存，再即将发生大并发访问前手动触发加载缓存不同的key。

3、双层缓存策略

C1为原始缓存，C2为拷贝缓存，C1失效时，可以访问C2，C1缓存失效时间设置为短期，C2设置为长期。

4、定时更新缓存策略

实效性要求不高的缓存，容器启动初始化加载，采用定时任务更新或移除缓存。

5、设置不同的过期时间。

让缓存失效的时间点尽量均匀。

2.缓存预热

2.1、什么是缓存预热

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。

如图所示：

如果不进行预热， 那么 Redis 初识状态数据为空，系统上线初期，对于高并发的流量，都会访问到数据库中， 对数据库造成流量的压力。

2.2、解决方案

1. 数据量不大的时候，工程启动的时候进行加载缓存动作；

2. 数据量大的时候，设置一个定时任务脚本，进行缓存的刷新；

3. 数据量太大的时候，优先保证热点数据进行提前加载到缓存。

3.缓存穿透

3.1、什么是缓存穿透

缓存穿透是指用户查询数据，在数据库没有，自然在缓存中也不会有。这样就导致用户查询的时候，在缓存中找不到对应key的value，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。

3.2、解决方案

1、缓存空对象

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。

2、布隆过滤器

优势：占用内存空间很小，位存储；性能特别高，使用key的hash判断key存不存在。

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。

4.缓存降级

降级的情况，就是缓存失效或者缓存服务挂掉的情况下，我们也不去访问数据库。

我们直接访问内存部分数据缓存或者直接返回默认数据。

举例来说：

对于应用的首页，一般是访问量非常大的地方，首页里面往往包含了部分推荐商品的展示信息。这些推荐商品都会放到缓存中进行存储，同时我们为了避免缓存的异常情况，对热点商品数据也存储到了内存中。同时内存中还保留了一些默认的商品信息。

降级一般是有损的操作，所以尽量减少降级对于业务的影响程度。

5.缓存击穿

5.1、什么是缓存击穿

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。

5.2、会带来什么问题

会造成某一时刻数据库请求量过大，压力剧增。

5.3、解决方案

5.3.1.使用互斥锁(mutex key)

这种解决方案思路比较简单，就是只让一个线程构建缓存，其他线程等待构建缓存的线程执行完，重新从缓存获取数据就可以了。

如果是单机，可以用synchronized或者lock来处理；

如果是分布式环境可以用分布式锁就可以了（分布式锁，可以用memcache的add, redis的setnx, zookeeper的添加节点操作）。

5.3.2.永远不过期

1. 从redis上看，确实没有设置过期时间，这就保证了，不会出现热点key过期问题，也就是“物理”不过期。

2. 从功能上看，如果不过期，那不就成静态的了吗？所以我们把过期时间存在key对应的value里，如果发现要过期了，通过一个后台的异步线程进行缓存的构建，也就是“逻辑”过期。

5.3.3.缓存屏障

该方法类似于方法一：

使用countDownLatch和atomicInteger.compareAndSet()方法，实现轻量级锁。

?public class MyCache{
??
? ? ?private ConcurrentHashMap<String, String> map;
??
? ? ?private CountDownLatch countDownLatch;
??
? ? ?private AtomicInteger atomicInteger;
??
? ? ?public MyCache(ConcurrentHashMap<String, String> map, CountDownLatch countDownLatch,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? AtomicInteger atomicInteger) {
? ? ? ? ?this.map = map;
? ? ? ? ?this.countDownLatch = countDownLatch;
? ? ? ? ?this.atomicInteger = atomicInteger;
? ?  }
??
? ? ?public String get(String key){
??
? ? ? ? ?String value = map.get(key);
? ? ? ? ?if (value != null){
? ? ? ? ? ? ?System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 线程获取value值 value="+value);
? ? ? ? ? ? ?return value;
? ? ? ?  }
? ? ? ? ?// 如果没获取到值
? ? ? ? ?// 首先尝试获取token，然后去查询db，初始化化缓存；
? ? ? ? ?// 如果没有获取到token，超时等待
? ? ? ? ?if (atomicInteger.compareAndSet(0,1)){
? ? ? ? ? ? ?System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 线程获取token");
? ? ? ? ? ? ?return null;
? ? ? ?  }
??
? ? ? ? ?// 其他线程超时等待
? ? ? ? ?try {
? ? ? ? ? ? ?System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 线程没有获取token，等待中。。。");
? ? ? ? ? ? ?countDownLatch.await();
? ? ? ?  } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? ?e.printStackTrace();
? ? ? ?  }
? ? ? ? ?// 初始化缓存成功，等待线程被唤醒
? ? ? ? ?// 等待线程等待超时，自动唤醒
? ? ? ? ?System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 线程被唤醒，获取value ="+map.get("key"));
? ? ? ? ?return map.get(key);
? ?  }
??
? ? ?public void put(String key, String value){
??
? ? ? ? ?try {
? ? ? ? ? ? ?Thread.sleep(2000);
? ? ? ?  } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? ?e.printStackTrace();
? ? ? ?  }
??
? ? ? ? ?map.put(key, value);
??
? ? ? ? ?// 更新状态
? ? ? ? ?atomicInteger.compareAndSet(1, 2);
??
? ? ? ? ?// 通知其他线程
? ? ? ? ?countDownLatch.countDown();
? ? ? ? ?System.out.println();
? ? ? ? ?System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 线程初始化缓存成功！value ="+map.get("key"));
? ?  }
??
?}
??
?public  class MyThread implements Runnable{
??
? ? ?private MyCache myCache;
??
? ? ?public MyThread(MyCache myCache) {
? ? ? ? ?this.myCache = myCache;
? ?  }
??
? ? ?@Override
? ? ?public void run() {
? ? ? ? ?String value = myCache.get("key");
? ? ? ? ?if (value == null){
? ? ? ? ? ? ?myCache.put("key","value");
? ? ? ?  }
??
? ?  }
?}
??
?public class CountDownLatchDemo {
? ? ?public static void main(String[] args) {
??
? ? ? ? ?MyCache myCache = new MyCache(new ConcurrentHashMap<>(), new CountDownLatch(1), new AtomicInteger(0));
??
? ? ? ? ?MyThread myThread = new MyThread(myCache);
??
? ? ? ? ?ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
? ? ? ? ?for (int i = 0; i < 5; i++) {
? ? ? ? ? ? ?executorService.execute(myThread);
? ? ? ?  }
? ?  }
?}