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關(guān)于 Redis 的介紹、特點(diǎn)什么的就不再這里贅述了，不然又要水千把字。今天我們就重點(diǎn)看企業(yè)中在使用 Redis 常見(jiàn)一些問(wèn)題以及對(duì)應(yīng)解決方案。

某個(gè)請(qǐng)求到達(dá)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，想要獲取某個(gè)數(shù)據(jù)，一般是先從緩存中獲取，如果緩存中不存在就會(huì)去數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)，如果查詢(xún)到結(jié)果就將數(shù)據(jù)保存到緩存中再返回結(jié)果。

一個(gè)新的技術(shù)的引進(jìn)，必然會(huì)帶來(lái)一些額外的問(wèn)題，那么 Redis 這么優(yōu)秀的 NoSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)帶來(lái)什么樣的問(wèn)題呢？我們一起拭目以待。

緩存擊穿

緩存擊穿根據(jù)名字根本無(wú)法看懂是什么意思，并且很容易和另一個(gè)詞——緩存穿透搞混。緩存擊穿指的是某個(gè) key 一直在扛著高并發(fā)，所謂扛著高并發(fā)就是說(shuō)大量的請(qǐng)求都是獲取這個(gè) key 對(duì)應(yīng)的值。

而這個(gè) key 在某個(gè)時(shí)間突然失效了，那是不是就意味著大量的請(qǐng)求就無(wú)法在緩存中獲取數(shù)據(jù)了，而是去請(qǐng)求數(shù)據(jù)庫(kù)了，這樣很有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)被擊垮。這就是緩存擊穿。

那現(xiàn)在問(wèn)題知道了，該如何應(yīng)對(duì)呢？這個(gè)就比較簡(jiǎn)單了，既然這個(gè) key 這個(gè)受歡迎，那么就不要設(shè)置過(guò)期時(shí)間了，如果該key的數(shù)據(jù)更新了，那么就通過(guò)互斥鎖的方式將其更新。

為什么要用互斥鎖的方式？如果不使用互斥鎖的方式很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的情況，這里為了保證緩存和數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性，就只能犧牲一點(diǎn)點(diǎn)的效率了。

緩存雪崩

不知道各位小伙伴都是來(lái)自哪里，我們那邊有句方言叫“雪崩”，表示事情砸了的意思。這里的Redis 雪崩似乎有點(diǎn)異曲同工之妙。首先我們需要知道什么是 Redis雪崩，

Redis雪崩我們一般都稱(chēng)為緩存雪崩，意思就是說(shuō)在某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，大量的 key 失效，導(dǎo)致大量的請(qǐng)求從緩存中獲取不到數(shù)據(jù)而去請(qǐng)求數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)上面的那張圖，我們?cè)賮?lái)畫(huà)下雪崩的情況的是什么樣子的：

上面的黑色的部分表示緩存無(wú)效了，也就意味著所有的請(qǐng)求都需要到數(shù)據(jù)庫(kù)中去查詢(xún)數(shù)據(jù)。那這對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力必然是劇增的，如果是在一線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)這樣超高并發(fā)的場(chǎng)景下，數(shù)據(jù)庫(kù)直接宕機(jī)。

重啟也沒(méi)有用，因?yàn)橹貑⒘诉€會(huì)有巨大的流量涌進(jìn)來(lái)，然后繼續(xù)被搞宕機(jī)。所以對(duì)于預(yù)防緩存雪崩這種情況的發(fā)生意義還是很大的的。

緩存雪崩解決方案之加隨機(jī)值

上面已經(jīng)詳細(xì)介紹了什么是緩存雪崩，他是怎么發(fā)生的，那如果防止緩存雪崩呢？

很簡(jiǎn)單，因?yàn)樯厦鎰倓傉f(shuō)到，緩存雪崩是由于某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)大量的 key 失效而導(dǎo)致的問(wèn)題，那現(xiàn)在的問(wèn)題不就是變成了如何防止同一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)大量的 key 失效這種情況發(fā)生嗎？

最簡(jiǎn)單的情況就是把key的過(guò)期時(shí)間分散開(kāi)，也就是在設(shè)置key的過(guò)期時(shí)間的時(shí)候再加一個(gè)隨機(jī)值，就這樣就能完美的解決緩存雪崩的問(wèn)題。

但是你以為我說(shuō)到這里就完事了？既然是一次全安排，那么我一定不會(huì)僅僅告訴你一種解決方案就完事的。繼續(xù)看

緩存雪崩解決方案之加鎖

可能很多人看到這個(gè)方案表示不接受，加鎖那不是限制了并發(fā)？加鎖必然導(dǎo)致阻塞。如果是加鎖，那么執(zhí)行就成就是這個(gè)樣子了：

流程是這樣子的，在多個(gè)請(qǐng)求同時(shí)到達(dá)業(yè)務(wù)系統(tǒng)時(shí)候，只能有一個(gè)線(xiàn)程能獲取到鎖，然后才能繼續(xù)去緩存或者是數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)數(shù)據(jù)，然后后面的流程和之前的是一樣的，執(zhí)行完成后釋放鎖，然后其他線(xiàn)程再爭(zhēng)搶鎖，然后重復(fù)前面的流程。

這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是可以很好的保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)不會(huì)被打掛，缺點(diǎn)就是并發(fā)度極低。

上面這個(gè)方案其實(shí)還是可以再優(yōu)化下的：

這個(gè)就是在緩存中如果獲取不到，再去串行的訪問(wèn)數(shù)據(jù)看，這里不一定非要串行，可以配合線(xiàn)程池，控制一定的并發(fā)數(shù)。

這個(gè)缺點(diǎn)雖然很多，但是也是一種解決方案。用不用就看實(shí)際的業(yè)務(wù)場(chǎng)景了。畢竟沒(méi)有沒(méi)用技術(shù)方案，只有不適合業(yè)務(wù)場(chǎng)景的技術(shù)方案（手動(dòng)狗頭）。

緩存穿透

緩存穿透意思就是某個(gè)不存在的key一直被訪問(wèn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中也沒(méi)有這樣的數(shù)據(jù)，最終導(dǎo)致訪問(wèn)該key的所有請(qǐng)求都直接請(qǐng)求到數(shù)據(jù)庫(kù)了。如果是并發(fā)高的場(chǎng)景下就容易搞垮數(shù)據(jù)庫(kù)。大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)我們做的一些事情都是在保護(hù)“弱小的數(shù)據(jù)庫(kù)”。

那現(xiàn)在問(wèn)題已經(jīng)知道了，我們?cè)撊绾稳ソ鉀Q這個(gè)問(wèn)題呢？

緩存穿透解決方案之緩存空數(shù)據(jù)

啥叫緩存空數(shù)據(jù)？就是假設(shè)某個(gè)key數(shù)據(jù)并不存在，那么就存一個(gè) NULL 就好了，但是一定不要忘記設(shè)置過(guò)期時(shí)間，因?yàn)榧僭O(shè)id=3的記錄不存在，然后本次訪問(wèn)沒(méi)有查詢(xún)到數(shù)據(jù)，緩存中存的是null如果過(guò)一會(huì)兒新增了一條記錄為3的數(shù)據(jù)，如果緩存不設(shè)置過(guò)期時(shí)間，那么這條數(shù)據(jù)就永遠(yuǎn)獲取不到。

緩存穿透解決方案之布隆過(guò)濾器

布隆過(guò)濾器？這玩意到底什么意思？

布隆過(guò)濾器是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，更準(zhǔn)確的說(shuō)是一種概率型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗芘袛嗄硞€(gè)元素一定不存在或者是可能存在。

就這句話(huà)，搞蒙了很多人，今天我非要把你說(shuō)明白了。布隆過(guò)濾器是一個(gè)bit數(shù)組，一個(gè)很長(zhǎng)的bit數(shù)組和一系列的hash函數(shù)構(gòu)成。先看下圖

我們現(xiàn)在來(lái)舉個(gè)例子，假設(shè)現(xiàn)在有小強(qiáng)和旺財(cái)兩個(gè)人，他們分別經(jīng)過(guò)三次hash得到的下標(biāo)是這樣子的（布隆過(guò)濾器不存儲(chǔ)元素，僅僅是為一個(gè)元素是否存在打一個(gè)標(biāo)志）

小強(qiáng)經(jīng)過(guò)上面的三個(gè)hash后得到的下標(biāo)分別為：2、4、5，那么該數(shù)組的2、4、5位置就會(huì)被置為1，也就是此時(shí)是這樣子的

同樣旺財(cái)經(jīng)過(guò)上面的三個(gè)hash后得到的下標(biāo)分別為：3、7、11，那么該數(shù)組的3、7、11位置就會(huì)被置為1，也就是此時(shí)是這樣子的

現(xiàn)在假設(shè)來(lái)一個(gè) 007 經(jīng)過(guò)上面的三個(gè)hash后得到的下標(biāo)分別為：11、13、15因?yàn)?3、和15位置是0，所以一定可以判斷007 一定不存在。但是現(xiàn)在又來(lái)了一個(gè)

9527經(jīng)過(guò)上面的三個(gè)hash后得到的下標(biāo)分別為：2、5、7，但是你會(huì)發(fā)現(xiàn)257三個(gè)位置全部是1，那這個(gè)到底說(shuō)明9527是存在還是不存在呢？

從我們上面的講解可以 9527 之前并不存在，但是由于hash沖突，但是9527的三個(gè)下標(biāo)值也剛好落在已經(jīng)被置為1的下標(biāo)位置，這就導(dǎo)致此時(shí)是無(wú)法判斷9527是否存在的。這就是布隆過(guò)濾器的原理。

要不來(lái)段代碼壓壓驚？

我們來(lái)使用 google 包下的類(lèi)來(lái)測(cè)試。首先要添加依賴(lài) 

<dependency>  
    <groupId>com.google.guava</groupId>  
    <artifactId>guava</artifactId>  
    <version>30.1-jre</version>  
</dependency> 

代碼如下（詳細(xì)的解釋我已經(jīng)寫(xiě)在注釋中了，這個(gè)是可以用于實(shí)際生產(chǎn)的代碼） 

public class BloomFilterDemo {  
    public static void main(String[] args) {  
        /**  
         * 創(chuàng)建一個(gè)插入對(duì)象為一億，誤報(bào)率為0.01%的布隆過(guò)濾器  
         * 不存在一定不存在  
         * 存在不一定存在  
         */ 
         BloomFilter<CharSequence> bloomFilter = BloomFilter.create(Funnels.stringFunnel(Charset.forName("utf-8")),  
                100000000,  
                0.0001);  
        bloomFilter.put("死");  
        bloomFilter.put("磕");  
        bloomFilter.put("Redis");  
        System.out.println(bloomFilter.mightContain("Redis"));  
        System.out.println(bloomFilter.mightContain("死"));  
        System.out.println(bloomFilter.mightContain("磕"));  
        System.out.println(bloomFilter.mightContain("Java"));  
    }  
} 

結(jié)果

完。

等等……緩存穿透、預(yù)熱、降級(jí)你還沒(méi)說(shuō)呢。哦，我真的以為本文結(jié)束了。

那布隆過(guò)濾器是如何解決緩存穿透的問(wèn)題的呢？既然已經(jīng)知道了布隆過(guò)濾器的原理，那么就可以通過(guò)布隆過(guò)濾器來(lái)快速的判斷出一個(gè)key是否存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，如果可能存在再去數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)，如果布隆過(guò)濾器中不存在那么就需要再去數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)了。

緩存預(yù)熱

這又是什么鬼？怎么搞一個(gè)緩存還有這么多問(wèn)題，那還要緩存干啥？

所謂緩存預(yù)熱就是將一些可能經(jīng)常使用數(shù)據(jù)在系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候預(yù)先設(shè)置到緩存中，這樣可以避免在使用到的時(shí)候先去數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)。

這就是緩存預(yù)熱，名氣高大上，實(shí)際上很簡(jiǎn)單有木有，這個(gè)緩存預(yù)熱我在實(shí)際場(chǎng)景是經(jīng)常使用的。

還有一種方式就是添加一個(gè)緩存刷新頁(yè)，這樣通過(guò)人工干預(yù)的方式將一些可能為熱點(diǎn)的key添加到緩存中。

緩存降級(jí)

當(dāng)訪問(wèn)量突然劇增（例如下班的點(diǎn)，大家都在地鐵上刷手機(jī)呢）、服務(wù)出現(xiàn)問(wèn)題（如響應(yīng)時(shí)間慢或不響應(yīng)）或非核心服務(wù)影響到核心流程的性能時(shí)，仍然需要保證服務(wù)還是可用的，即使是有損服務(wù)。

系統(tǒng)可以根據(jù)一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)降級(jí)，降級(jí)的最終目的是保證核心服務(wù)可用，即使是有損的。但是有的一些業(yè)務(wù)的核心服務(wù)是不能降級(jí)的。這是一種丟卒保帥的思想。

結(jié)束語(yǔ)

關(guān)于技術(shù)的學(xué)習(xí)，大家除了為了應(yīng)付面試去短期強(qiáng)行的記憶一些知識(shí)點(diǎn)外，我還是建議各位在學(xué)習(xí)階段能夠循序漸進(jìn)。小孩子從出生到走路一般還有10個(gè)月呢，要想會(huì)說(shuō)話(huà)時(shí)間就更長(zhǎng)。

但是這個(gè)過(guò)程必須是有的，因?yàn)樾『⒆有枰稽c(diǎn)一點(diǎn)來(lái)適應(yīng)這個(gè)未知的世界。我們作為成年人在學(xué)習(xí)的時(shí)候也要保持這種平靜心態(tài)，有些事情急是沒(méi)用的。

最后以一句不畏艱險(xiǎn)，勇攀高峰來(lái)和大家共勉。