Redis缓存知识-穿透、击穿、雪崩

一、Redis介绍

Redis是一个C语言编写的开源的高性能的key-value 数据库, 是目前分布式架构中不可或缺的一环。Redis具备以下的特点：

Redis具有极高的数据读写速度：数据读取的速度最高可达到 110000 次/s，数据写入速度最高可达到81000次/s，平均100000次/s；
Redis不仅仅支持简单的key-value类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构的存储；
Redis支持分布式集群部署，以应对高并发压力，集群通过分片( sharding )来实现数据共享，并提供复制和故障转移；
Redis的所有操作都是原子性的，所谓原子操作就是指这种操作一旦开始，就一直运行到结束，不会被线程调度机制打断的操作，中间不会有任何context switch(切换到另一个线程)。在多线程访问共享资源时，能够确保所有其他的线程都不在同一时间内访问相同的资源，从而保证数据是可靠的。

二、Redis做缓存服务器

由于Redis具备的高数据读写特性，因此Redis通常都会被用来做缓存服务器，解决高并发下数据响应慢的问题，同时也减少数据库服务器的压力。

作为测试同学，不管是功能测试还是性能测试，都是非常有必要了解缓存业务是如何实现的。缓存业务逻辑图举例说明如下：

三、缓存穿透&击穿&雪崩

1、缓存穿透

问题描述：用户发起大量的请求，结果发现 Redis 中没有数据，后台查询数据库，发现数据库也没有数据，因为没有数据，也就不能更新缓存，就这样一直请求落到了数据库，导致数据库崩溃；这种大量的请求，可能是接口本身的并发量就比较大，也可能是有黑客在攻击。

解决方案：
异常参数校验：比如发起一个 id 为 “-1” 的请求，这一看就是有问题的，哪有可能 id 为负数的。或者一些非空参数，传了空值，极有可能是某人在发起攻击，直接后台判断拦截；优点：最快，也是最简单的拦截方式，没有额外的资源开销，缺点：适用的场景有限；

空值缓存：当查询缓存和数据库都没有值时，给缓存中更新一个查询结果，值为空值并设置过期时间；

布隆过滤器：布隆过滤器是一种数据结构，部署在redis的前面，去拦截数据，减少对redis的冲击。对所有可能查询到的参数都以hash的方式存储在布隆过滤器中，当一个查询请求过来时，先经过布隆过滤器在控制层进行校验，如果判断请求查询值存在，则继续查，如果判断请求查询不存在，直接丢弃，这就避免了对底层存储系统的压力。

2、缓存击穿

问题描述：用户发起大量的请求，这时 Redis 中数据大量过期，导致瞬间数据库压力暴增，导致数据库宕机；或者用户大量访问非热点数据，没有在Redis中缓存，导致瞬间数据库压力暴增，导致数据库宕机；

解决方案：
设置热点数据永远不过期；
设置热点数据的存活时间较长，且分布均匀的岔开过期时间，降低了出现大量过期的频率；
所有可能高频访问的数据提前做好缓存预热；
限流做安全保障；

3、缓存雪崩

问题描述：Redis 层由于压力过大，导致 Redis 服务器宕机，所有后端请求直接落在数据库上，导致数据库也宕机；

解决方案：
Redis 高可用：顾名思义，通过多台的 Redis 架设集群，分摊压力；
限流：通过限制访问数量的方式，防止大量的请求进入缓存，可以通过限制 IP 频率，限制请求总量，或者使用消息队列依次处理请求等方式；

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