什么是redis的缓存雪崩与缓存穿透？如何解决？

一、缓存雪崩

1.1 什么是缓存雪崩？

首先我们先来回答一下我们为什么要用缓存(Redis)：

1、提高性能能：缓存查询是纯内存访问，而硬盘是磁盘访问，因此缓存查询速度比数据库查询速度快

2、提高并发能力：缓存分组了部分请求，支持更高的并发

现在有个问题，如果我们的缓存挂掉了，这意味着我们的全部请求都跑去数据库了。

我们都知道Redis不可能把所有的数据都缓存起来(内存昂贵且有限)，所以Redis需要对数据设置过期时间，将已经过期的键值对删除，它采用的是惰性删除+定期删除两种策略对过期键删除。

如果缓存数据设置的过期时间是相同的，并且Redis恰好将这部分数据全部删光了。这就会导致在这段时间内，这些缓存同时失效，全部请求到数据库中。

这就是缓存雪崩：

• Redis挂掉了，请求全部走数据库。
• 对缓存数据设置相同的过期时间，导致某段时间内缓存失效，请求全部走数据库。

缓存雪崩如果发生了，很可能就把我们的数据库搞垮，导致整个服务瘫痪！

1.2 如何解决缓存雪崩？

对于“对缓存数据设置相同的过期时间，导致某段时间内缓存失效，请求全部走数据库。”这种情况，非常好解决：

• 解决方法：在缓存的时候给过期时间加上一个随机值，这样就会大幅度的减少缓存在同一时间过期。

对于“Redis挂掉了，请求全部走数据库”这种情况，我们可以有以下的思路：

• 事发前：实现Redis的高可用(主从架构+Sentinel 或者Redis Cluster)，尽量避免Redis挂掉这种情况发生。
• 事发中：万一Redis真的挂了，我们可以设置本地缓存(ehcache)+限流(hystrix)，尽量避免我们的数据库被干掉(起码能保证我们的服务还是能正常工作的)
• 事发后：redis持久化，重启后自动从磁盘上加载数据，快速恢复缓存数据。

二、缓存穿透

2.1什么是缓存穿透

比如，我们有一张数据库表，ID都是从1开始的(正数)，但是可能有黑客想把我的数据库搞垮，每次请求的ID都是负数。这会导致我的缓存就没用了，请求全部都找数据库去了，但数据库也没有这个值啊，所以每次都返回空对象出去。

缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据。由于缓存不命中，并且出于容错考虑，如果从数据库查不到数据则不写入缓存，这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询，失去了缓存的意义。

这就是缓存穿透：

• 请求的数据在缓存大量不命中，导致请求走数据库。

缓存穿透如果发生了，也可能把我们的数据库搞垮，导致整个服务瘫痪！

2.1如何解决缓存穿透？

解决缓存穿透也有两种方案：

• 由于请求的参数是不合法的(每次都请求不存在的参数)，于是我们可以使用布隆过滤器(BloomFilter)或者压缩filter提前拦截，不合法就不让这个请求到数据库层！

• 当我们从数据库找不到的时候，我们也将这个空对象设置到缓存里边去。下次再请求的时候，就可以从缓存里边获取了。

• 这种情况我们一般会将空对象设置一个较短的过期时间。

三、什么是布隆过滤器

参考链接：详解布隆过滤器的原理、使用场景和注意事项

四、布隆过滤器是如何解决缓存穿透的

缓存穿透应该是 当数据库中没有某个key对应的value时，缓存中也不会有该value的缓存。所以大量的对该value的查询该的请求会绕过缓存，直接查询数据库。

缓存中一般存的是 key+value ,但是布隆过滤器却可以告诉你 key 对应的value在数据库中存不存在，如果不存在就不用查询数据库了。

拿redis为例子：
请注意，用 redis 也可以做到判断 key 对应的value 在数据库中存不在，那就是把数据库里的所有value对应的key都储存在redis 中,而value可以为空，然后判断下key.IsExists()就可以了，但是这无疑会浪费大量空间，因为存储了数据库中所有的key。而且这也不符合缓存的初衷：咱不能暴力的把所有key都存下来，而是查询了啥key，我们缓存啥key。

而布隆过滤器是一种非常高效的数据结构，把所有数据库的value对应的key 存储到布隆过滤器里，几乎不消耗什么空间，而且查询也是相当的快！但是请注意，它只能判断 key 是否存在（而且会有一定的误差）。所以一个查询先通过布隆顾虑器判断key是否存在(key 对应的value是否存在数据库中)，如果不存在直接返回空就好了。

那么布隆过滤器是怎么做到几乎不消耗空间来储存所有的key,并快速判断特定的key是否存在呢？其实原理很简单，布隆过滤器 只是一个 byte数组，再加上几个映射函数。每个key 都通过一系列映射函数，得到一系列的的值k，然后在这个byte数组上的把k下标的值变成1。

当要判断key是否存在时，通过映射函数映射得到的一系列k，查看byte数组相应下标k对应的值是否为1，如果有一个不为1，那么一定不存在。如果都是1 ，那么可能存在。为什么可能而不是一定呢？因为这是一个误差问题，有可能别的key把某个k的位置变成了1，key越多时，误差越大。但是放心不会很大的，这是可以控制的，byte数组越长，误差越小。