Redis：应对缓存穿透与雪崩

2024-01-20 06:48:51

在现代化的应用程序中，Redis 缓存是一个不可或缺的组件，它可以显著提升性能并降低数据库负载。然而，在使用 Redis 缓存时，可能会遇到两种棘手的现象：缓存穿透和缓存雪崩，它们有可能对应用程序造成严重影响。

缓存穿透

问题

缓存穿透是指对不存在于 Redis 缓存中的键（key）发出的请求。当这种情况发生时，请求将绕过缓存并直接进入数据库，从而导致数据库负载过高。例如，黑客可能会利用此漏洞通过发出大量针对不存在用户的请求来攻击系统，从而压垮数据库。

解决方案：

应对缓存穿透的一种有效策略是对不存在于缓存中的空值进行缓存。当对一个不存在的键发出请求时，缓存会返回一个预定义的空值（例如，-1 或 null），而不会将请求转发到数据库。此后，后续的针对相同键的请求将直接从缓存中获取空值，从而避免对数据库造成不必要的负载。

缓存雪崩

问题：

缓存雪崩是指在特定时间内，大量缓存键同时过期的情况。当这种情况发生时，所有这些键都会在短时间内同时向数据库发出请求，从而导致数据库不堪重负并宕机。例如，如果一个应用程序中的大部分缓存键都在同一天过期，则可能会发生缓存雪崩，导致系统中断。

解决方案：

避免缓存雪崩的一种方法是使用不同的过期时间为缓存键设置不同的过期策略。例如，可以将经常访问的键设置为较短的过期时间，而较少访问的键设置为较长的过期时间。此外，还可以在缓存键过期之前使用异步任务或后台进程提前预热缓存。通过分散缓存键的过期时间，可以降低缓存雪崩的可能性，并确保在过期时不会对数据库造成过大负载。

其他应对策略

除了上面提到的解决方案外，还可以采取以下措施进一步应对缓存穿透和缓存雪崩：

使用布隆过滤器： 布隆过滤器是一种概率数据结构，可以快速检查元素是否属于集合。通过在 Redis 之前使用布隆过滤器，可以过滤掉不存在于缓存中的键，从而防止它们进入数据库。
限制请求速率： 通过限制每个客户端或每个键的请求速率，可以降低黑客利用缓存穿透进行攻击的风险。
监控缓存命中率和过期时间： 定期监控缓存命中率和过期时间可以帮助识别潜在的缓存穿透或缓存雪崩问题。
使用冗余缓存： 使用多个 Redis 实例或与其他缓存解决方案（例如 Memcached）结合使用，可以提高系统对缓存雪崩的容错性。