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• 概述
• 缓存穿透
• 缓存击穿
• 缓存雪崩
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概述

这是关于php进阶到架构之 Redis进阶 学习的系列课程：Redis缓存穿透，缓存击穿，缓存雪崩的解决方法以及代码实现

学习目标 ：

解决工作中遇到Redis出现缓存穿透，缓存击穿，缓存雪崩等问题

缓存穿透

缓存穿透表示查询一个一定不存在的数据，由于没有获取到缓存，所以没写入缓存，导致这个不存在的数据每次都需要去数据库查询，失去了缓存的意义。

比如根据文章ID获取文章，如下代码：

 $db = new Db();
$redis = new \Redis("127.0.0.1",6379);
$articleId = -100;
$articleKey = 'article_'.$articleId;
$article = $redis->get($articleKey);
if(empty($article)){//缓存不存在，读取数据库
    $article = $db->getArticle($articleId);
    $redis->set($articleKey,json_encode($article)，600);
}  

上述代码存在什么问题呢？

当用户很多的时候，缓存都没有命中，于是都去请求了持久层数据库。这会给持久层数据库造成很大的压力，这时候就相当于出现了 缓存穿透 。请求的数据大量的没有获取到缓存，导致走数据库，有可能搞垮数据库，使整个服务瘫痪。

解决方案 ：

方法1：

采用布隆过滤器(Bloom Filter)，对于像ID为负数的非法请求直接过滤掉

方法2：

针对在数据库中找不到记录的，我们仍然将该空数据存入缓存中，当然一般会设置一个较短的过期时间。

业务流程如下：

缓存穿透-解决方案流程图

代码示例：

 $db = new Db();
$redis = new \Redis("127.0.0.1",6379);
$articleId = 100;
$articleKey = 'article_'.$articleId;
 //这里是伪代码，表示从数据库中获取文章数据
$article = $redis->get($articleKey);
if(empty($article)){
    $article = $db->getArticle($articleId);
    if(empty($article)){
        $article['error'] = 1;//表示数据库不存在
    }
    $redis->set($articleKey,json_encode($article),100);
}  

缓存击穿

缓存击穿表示某个key的缓存非常热门，有很高的并发一直在访问，如果该缓存失效，那同时会走数据库，压垮数据库。

解决方案：

1、让该热门key的缓存永不过期

2、使用互斥锁，通过redis的set实现互斥锁

 <?php
 
function getRedis()
{
    $redis = new Redis();
    $redis->connect('127.0.0.1', 6379, 60);
    return $redis;
}
 
//加锁
function lock($key, $random)
{
    $redis = getRedis();
    //设置锁的超时时间，避免释放锁失败，del()操作失败，产生死锁。
    $ret = $redis->set($key, $random, ['nx', 'ex' => 3 * 60]);
    return $ret;
}
 
//解锁
function unLock($key, $random)
{
    $redis = getRedis();
    //这里的随机数作用是，防止更新缓存操作时间过长，超过了锁的有效时间，导致其他请求拿到了锁。
    //但上一个请求更新缓存完毕后，如果不加判断直接删除锁，就会误删其他请求创建的锁。
    if ($redis->get($key) == $random) {
        $redis->del($key);
    }
}
 
//从缓存中获取文章数据
function getArticleInCache($id)
{
    $redis = getRedis();
    $key = 'article_content_' . $id;
    $ret = $redis->get($key);
    if ($ret === false) {
        //生成锁的key
        $lockKey = $key . '_lock';
        //生成随机数，用于设置锁的值，后面释放锁时会用到
        $random = time().mt_rand();
        //拿到互斥锁
        if (lock($lockKey, $random)) {
            //这里是伪代码，表示从数据库中获取文章数据
            $value = $db->getArticle($id);
            //更新缓存，过期时间可以根据情况自已调整
            $redis->set($key, $value, 2 * 60);
            //释放锁
            unLock($lockKey, $random);
        } else {
            //等待200毫秒，然后重新获取缓存值，让其他获取到锁的进程取得数据并设置缓存
            usleep(200);
            getArticleInCache($id);
        }
    } else {
        return $ret;
    }
}
  

缓存雪崩

在某一时间段，缓存集中失效，导致请求全部走数据库，有可能搞垮数据库，使整个服务瘫痪。缓存击穿与缓存雪崩的区别:缓存击穿是某一热门key缓存，而雪崩针对的是大量缓存的集中失效

使缓存集中失效的原因：

1、redis服务器挂掉了

2、对缓存数据设置了相同的过期时间，导致某时间段内缓存集中失效。

如何解决缓存集中失效：

1、针对原因1，可以实现redis的高可用，Redis Cluster 或者 Redis Sentinel(哨兵) 等方案

2、针对原因2，设置缓存过期时间时加上一个随机值，避免缓存在同一时间过期

 <?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379, 60);
$redis->auth('');
 
//设置过期时间加上一个随机值
$redis->set('article_content_1', '文章内容', 60 + mt_rand(1, 60));
$redis->set('article_content_2', '文章内容', 60 + mt_rand(1, 6));  

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