Redis 快取穿透 快取雪崩和快取擊穿

2021-09-24 04:28:56 字數 3358 閱讀 3388

快取穿透,是指查詢乙個資料庫一定不存在的資料。正常的使用快取流程大致是,資料查詢先進行快取查詢,如果key不存在或者key已經過期,再對資料庫進行查詢,並把查詢到的物件,放進快取。如果資料庫查詢物件為空,則不放進快取。

**流程

引數傳入物件主鍵id

根據key從快取中獲取物件

如果物件不為空,直接返回

如果物件為空,進行資料庫查詢

如果從資料庫查詢出的物件不為空,則放入快取(設定過期時間)

想象一下這個情況,如果傳入的引數為-1,會是怎麼樣?這個-1,就是一定不存在的物件。就會每次都去查詢資料庫,而每次查詢都是空,每次又都不會進行快取。假如有惡意攻擊,就可以利用這個漏洞,對資料庫造成壓力,甚至壓垮資料庫。即便是採用uuid,也是很容易找到乙個不存在的key,進行攻擊。

有很多種方法可以有效地解決快取穿透問題

採用布隆過濾器,將所有可能存在的資料雜湊到乙個足夠大的bitmap中,乙個一定不存在的資料會被 這個bitmap攔截掉,從而避免了對底層儲存系統的查詢壓力。

如果乙個查詢返回的資料為空(不管是數 據不存在,還是系統故障),我們仍然把這個空結果進行快取,但它的過期時間會很短,最長不超過五分鐘。

快取空物件會有兩個問題:

快取雪崩是指在我們設定快取時採用了相同的過期時間,導致快取在某一時刻同時失效,請求全部**到db,db瞬時壓力過重雪崩。

public object getproductlistnew()

else

else

}return cachevalue;}}

加鎖排隊只是為了減輕資料庫的壓力,並沒有提高系統吞吐量。假設在高併發下,快取重建期間key是鎖著的,這是過來1000個請求999個都在阻塞的。同樣會導致使用者等待超時,這是個治標不治本的方法。

給每乙個快取資料增加相應的快取標記,記錄快取的是否失效,如果快取標記失效,則更新資料快取。

public object getproductlistnew()

else

);return cachevalue;}}

快取標記:記錄快取資料是否過期,如果過期會觸發通知另外的執行緒在後台去更新實際key的快取。

快取資料:它的過期時間比快取標記的時間延長1倍,例:標記快取時間30分鐘,資料快取設定為60分鐘。 這樣,當快取標記key過期後,實際快取還能把舊資料返回給呼叫端,直到另外的執行緒在後台更新完成後,才會返回新快取。

這樣做後,就可以一定程度上提高系統吞吐量。

對於一些設定了過期時間的key,如果這些key可能會在某些時間點被超高併發地訪問,是一種非常「熱點」的資料。這個時候,需要考慮乙個問題:快取被「擊穿」的問題,這個和快取雪崩的區別在於這裡針對某一key快取,前者則是很多key。

快取在某個時間點過期的時候,恰好在這個時間點對這個key有大量的併發請求過來,這些請求發現快取過期一般都會從後端db載入資料並回設到快取,這個時候大併發的請求可能會瞬間把後端db壓垮。

業界比較常用的做法,是使用mutex。簡單地來說,就是在快取失效的時候(判斷拿出來的值為空),不是立即去load db,而是先使用快取工具的某些帶成功操作返回值的操作(比如redis的setnx或者memcache的add)去set乙個mutex key,當操作返回成功時,再進行load db的操作並回設快取;否則,就重試整個get快取的方法。

setnx,是「set if not exists」的縮寫,也就是只有不存在的時候才設定,可以利用它來實現鎖的效果。在redis2.6.1之前版本未實現setnx的過期時間,所以這裡給出兩種版本**參考:

前單機版本鎖  

string get(string key) else

}

}

最新版本**:

public string get(key)  else   

} else

}

加鎖排隊只是為了減輕資料庫的壓力,並沒有提高系統吞吐量。假設在高併發下,快取重建期間key是鎖著的,這是過來1000個請求999個都在阻塞的。同樣會導致使用者等待超時,這是個治標不治本的方法。

還有乙個解決辦法解決方案是在value內部設定1個超時值(timeout1), timeout1比實際的memcache timeout(timeout2)小。當從cache讀取到timeout1發現它已經過期時候,馬上延長timeout1並重新設定到cache。然後再從資料庫載入資料並設定到cache中。偽**如下:

v = memcache.get(key);    

if (v == null) else

} else else

}

}

這裡的「永遠不過期」包含兩層意思:

(1) 從redis上看,確實沒有設定過期時間,這就保證了,不會出現熱點key過期問題,也就是「物理」不過期。

(2) 從功能上看,如果不過期,那不就成靜態的了嗎?所以我們把過期時間存在key對應的value裡,如果發現要過期了,通過乙個後台的非同步執行緒進行快取的構建,也就是「邏輯」過期

從實戰看,這種方法對於效能非常友好,唯一不足的就是構建快取時候,其餘執行緒(非構建快取的執行緒)可能訪問的是老資料,但是對於一般的網際網路功能來說這個還是可以忍受。

string get(final string key)     

}

});

}

return value;

}

採用netflix的hystrix,可以做資源的隔離保護主線程池,如果把這個應用到快取的構建也未嘗不可。

解決方案

優點缺點

簡單分布式互斥鎖(mutex key)

1. 思路簡單

2. 保證一致性

1. **複雜度增大

2. 存在死鎖的風險

「提前」使用互斥鎖

1. 保證一致性

同上 不過期(本文)

1. 非同步構建快取,不會阻塞執行緒池

1. 不保證一致性。

2. **複雜度增大(每個value都要維護乙個timekey)。

3. 占用一定的記憶體空間(每個value都要維護乙個timekey)。

資源隔離元件hystrix(本文)

1. hystrix技術成熟,有效保證後端。

2. hystrix監控強大。

1. 部分訪問存在降級策略。

Redis快取穿透和快取雪崩

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