Redis缓存穿透与雪崩的解决方案

# 1. Redis缓存概述

Redis缓存是一种基于内存存储、支持多种数据结构、快速读写的高性能缓存工具。它在实际应用中广泛用于缓存、实时数据分析和任务队列等场景。通过缓存，可以提高访问速度，减轻数据库负载。其中，缓存命中率的提升对性能优化至关重要。通过搭建缓存层，可以有效降低数据库的读取压力，提升系统的整体性能。Redis的优势在于其快速响应能力和灵活多样的数据结构支持，使其成为众多大型系统中不可或缺的一部分。

# 2. 缓存穿透问题分析

2.1 什么是缓存穿透？

缓存穿透是指恶意请求或者查询不到的数据导致缓存失效，请求直接访问数据库，导致数据库负载过大。
#### 2.1.1 缓存穿透的概念

缓存穿透主要有两种情况，一种是查询不到的数据，另一种是频繁请求造成缓存未命中情况。

- 查询不到的数据：恶意攻击者发送一些不存在的数据进行请求，不断访问缓存查询接口。
- 频繁请求造成缓存穿透：某一数据在数据库中不存在，而大量的请求都查询这个不存在的数据，导致缓存命中率低，所有请求都落到数据库上。

#### 2.1.2 缓存穿透示例

缓存穿透的危害性不可小觑，主要表现在遭遇恶意攻击和数据库异常情况下。

- 恶意攻击：攻击者故意发送大量并发请求，请求的数据在缓存和数据库中都不存在，导致数据库负载过大。

- 数据库异常：数据库出现故障或者查询速度变慢，使得缓存无法及时失效或更新，在此情况下，缓存穿透同样出现。

2.2 缓存穿透的危害

缓存穿透问题直接导致两大危害，分别是压力的增加和服务的不可用。

#### 2.2.1 压力增大

由于大量请求直接击穿缓存层，导致请求都落到数据库上，数据库瞬间承受了巨大的压力，甚至可能因此宕机。

#### 2.2.2 服务不可用

当缓存穿透的请求过多时，数据库无法承受如此大的压力，正常请求无法被处理，服务不可用的情况就会发生。

# 3. 缓存雪崩问题解决方案

3.1 什么是缓存雪崩？

缓存雪崩是指在某个时间段内，缓存中存储的大量数据同时失效，导致大量请求直接访问数据库，使数据库压力骤增，最终导致系统崩溃的现象。缓存雪崩通常发生在缓存服务器/集群故障、应用层缓存设置过期时间不一致等情况下。

**缓存雪崩的概念:**

- 大量缓存同时失效
- 高并发访问

**缓存雪崩示例:**

- 服务器宕机
- 缓存周期性失效

3.2 如何预防缓存雪崩？

**缓存失效时间分散:**

为避免缓存同时失效引发雪崩，可以设置缓存失效时间时加入随机值，使得缓存失效时间分散，降低大面积同时失效的概率。

import