[大数据]【闲聊杂谈】捋一捋Redis中的击穿、穿透、雪崩以及分布式锁

0、Redis作为缓存

首先我们有这么一个前提，击穿、穿透以及雪崩，这三个场景都是在Redis作为缓存的情况下所发生的。也就是说Redis后面还会有一个关系型物理数据库，Redis本身并不作为唯一的数据库来使用。

1、Redis中的击穿

Redis作为缓存的话，必然会有两件事情：

① Key会设置过期时间；

② 通过LRU算法或者LFU算法删除不需要的数据。

那么就会存在这种可能性，当数据在Redis中存在的时候没有访问，但是刚刚被删除以后立马就被访问了。而此时在Redis中这个数据已经被删除了，那么请求过来的时候，Redis中查不到这条数据，就会穿过Redis去请求它后面的数据库，从数据库中去查询这条数据。这就相当于在Redis身上打了一个窟窿穿透过去了，这就是Redis的击穿，一种非常形象的说法。当然这个前置条件也是在高并发的情况下，如果不是大量并发同一时间来访问的话，就那么两三个访问，那查库和查Redis并没有什么本质上的区别。所以对于击穿来说无外乎就是三个点，在高并发的情况下，曾经有你不要，现在没有你想要。

那么这个解决方案是什么？首先我们要知道延长它的过期时间，并不是一个可行的解决方案：本身Redis是作为一个缓存就肯定会受到内存大小的限制，Redis能储存的数据是有限的，所以不可能在Redis中将数据储存过久的时间；而且即使Key的有效时间设置的再长，总有过期的时候。

其实解题思路并不难，我们现在的已知条件就是：并发有了，我们要阻止这个并发到达数据库，但是Redis里又没有数据，那要怎么阻止呢？我们可以给这些高并发的请求增加一个逻辑：

①当发现Redis中没有数据以后，执行setnx()，这就相当于给Redis中设置了一把锁；

② 由于Redis是单进程单实例，所有的并发在请求Redis的时候都是排着队一个一个来，那么肯定? ?就只有第1个请求能抢到这把锁；

③ 只有获得这一把锁的请求，才能去访问数据库；

⑤ 访问数据库的请求，将数据库中的查询结果重新设置到Redis中，释放锁；

⑥?没有获得锁的请求，sleep一段时间，sleep结束之后，返回①继续执行。

但是这种解决方案存在的一个问题就是：如果第1个请求挂了，它获得的锁就永远不会释放，其余的请求就一直处于等待状态，造成死锁。

这个问题也不难解决，可以设置锁的过期时间。假设第1个请求在获得锁以后，设置这把锁的过期时间为1秒钟，那么即便这个请求挂掉以后，1秒钟之后，这把锁仍然会释放，不会影响其余的请求继续争抢锁。

那这就完美了吗，还有没有别的问题？首先这把锁的过期时间并不好确定，时间设置长了只会造成资源上的浪费。而且最重要的问题是，第1个请求并没有挂掉，在锁有效的时间内，它还没有处理结束导致锁超时。

一般解决这种问题的方案是使用多线程：在第1个请求获得锁以后，重新开一个线程去监视这个获得锁的请求，每隔一段时间去看看获得锁的请求任务有没有处理完，如果没有处理完，就继续将锁的时间重置，往后延伸一段时间。那么在处理任务的时间内，这把锁就永不过期。

只不过采用这种方案的话，会让客户端的代码逻辑稍显复杂。而且这种方案也并不能100%的保证问题完美解决，通常当你使用一个方案去解决一个问题，势必会引入另外新的问题。所以从技术的角度来说，方案讨论到这里已经足够了，企业级的项目一般代码写到这种水平也可以了。

这就是自己手动实现分布式协调，确实很麻烦，后面说到Zookeeper时候，会对分布式协调这一块进行更加详细的讲解。

2、Redis中的穿透

穿透这个概念，其实之前在介绍Bloom过滤器的时候有说过：从业务接收查询的数据是数据库中根本就不存在的数据。

假设一个电商公司只卖电子产品，但是用户偏偏就在搜索框里搜索母婴产品。用户搜索的产品数据库中肯定不存在，那更不要说缓存了。这些请求就会全部穿过Redis直接到达数据库，并且这些查询都是毫无意义的查询结果，一定是没有的，只会白白的增加数据库的压力，浪费性能。

所以穿透和击穿根本的区别在于：击穿所查询的数据是数据库中有，只是Redis缓存中过期了；而穿透所查询的数据是数据库中根本就没有。

那么针对穿透这个问题的解决方案是什么？之前所说的Bloom过滤器，就是一个有效的解决方案。不过Bloom过滤器本身也存在一些问题：Bloom过滤器中的数据只能增加，不能删除。

① 可以使用布谷鸟过滤器替代；

② 如果继续使用Bloom过滤器的话，可以对数据库中增加的商品在Reids中设置一个Key，数据为null。这样下次请求来Redis中查询的话，查询到这个数据其实是空的，再去数据库中查，查询之后设置到Redis中缓存。

3、Redis中的雪崩

前面我们说了击穿是因为一个key失效，面对高并发的情况下导致请求全部压到数据库上，我们得规避这个问题。实际上在线上环境中这种情况并没有那么常见，反倒是雪崩，如果架构方面没有设计好的话，容易引发这个问题。

什么时候产生雪崩？Reids中大量的Key同时失效，在高并发的情况下，请求过来的时候，Redis中查不到这些数据，就会穿过Redis去请求它后面的数据库，从数据库中去查询这条数据。这种场景在企业级应用中非常常见：比如设计一批Key的有效期到晚上12点结束，第2天就会使用一批新的数据替代。

解决雪崩这个问题一般有两种方案：

① 随机（均匀）分布过期时间；

② 强依赖击穿解决方案。

从上面举的例子来看，其实第1种解决方案并不实际，因为最容易产生雪崩的场景往往是人为设置同一时间设置大批Key同时过期，从根源上直接掐死了随机分布过期时间的可能。第1种方案的使用场景不是没有，只是比较少，只是很多时候雪崩的造成是人为刻意的。所以更多时候企业中对于雪崩的解决方案，其实就是强依赖击穿的解决方案。

当然如果在流量过大的时候，可以在业务层加一段关于零点延时的逻辑：让所有的请求随机阻塞不同的时间再来访问，归根结底就是用尽一切方法在同一时间点规避超大流量同时访问。这种解决方案会更加轻盈一点。

4、Redis中的分布式锁

如果用Redis作为分布式锁，要怎么做？光是一个setnx()就可以了吗？时间到了活还没干完怎么办？或者时间还没到但是自个儿挂了怎么办？

其实所有的解决方案在上面击穿中已经讲了，无非就是三点：

① setnx()

② 过期时间

③ 多线程监控（守护线程，或事务线程），延长过期时间

或者使用Redisson，但Redisson其实并不常见，否则也不会再诞生Zookeeper了，用Zookeeper做分布式事务锁是最好的。其实这里面涉及到一个常识就是：都已经是拿来做锁了，任何东西一旦触碰到锁以后，也就说明在效率方面已经不会有太高的要求，只会对准确性和一致性要求极高。而这恰恰与Redis的设计理念是背道而驰的，虽然Zookeeper肯定是没有Redis快（下一篇来讲讲这是为什么），但是在数据的可靠性、API开发的简易性这块Zookeeper比较占优势。