redis 缓存穿透、击穿、雪崩

客户端请求数据，控制器接收用户请求调用模型查询用户所需的数据返回给客户端，业务逻辑非常简单，但是当成千上万的客户频繁的请求数据呢？那样系统会变得很慢，客户的请求长时间得不到回应，这时候就要使用缓存技术了，这样业务逻辑就变成了前台请求，后台先从缓存中取数据，取到直接返回结果，取不到时从数据库中取，数据库取到更新缓存，并返回结果。后续的查询都是从缓存服务器中返回数据，降低了高并发而给DB数据库的压力，避免DB宕机。

缓存穿透

缓存穿透指的是，当我们访问某个缓存 key 时，若此 key 不存在于缓存中，则会去查DB数据库，但也没有数据，而后续请求都直接打到DB数据库上。在流量大时，可能DB数据库就挂掉了。 缓存和数据库都查询不到 这条数据的现象我们称为 缓存穿透 。要是有人利用不存在的key频繁攻击我们的应用，这就是漏洞。

解决办法

给缓存手动设置一个默认值，不去查询DB数据库。
把查询DB数据的结果都放入缓存。 即使查询返回的为空，仍然将这个空结果存入到缓存中 ，但是它的过期时间非常的短，如30秒，最长不会超过5分钟。这样可以防止攻击者反复暴力攻击。
使用布隆过滤器（Bloom Filter),这个也能很好地防止缓存穿透。原理就是利用高效的数据结构和算法快速判断出你这个 Key 是否在 DB 中存在，不存在你 return 就好了，存在你就去查了 DB 刷新 KV 再 return。

这样处理的原因是，即使当前查询的 key 为 空字符串 ，或者 空数组 ， 非null 值，结果也会被缓存起来。后续请求进来发现已经有缓存了，就直接走缓存。

缓存击穿

在平常高并发的系统中，大量的请求同时查询一个 key 时，此时这个key正好缓存时间到期，失效了，就会导致大量的请求都打到DB数据库上面去。这时由于并发用户特别多，同时读缓存没读到数据，又同时去数据库去取数据，引起数据库压力瞬间增大，造成过大压力。 缓存中没有数据值，但数据库中有此值 （一般是缓存时间到期），这种现象我们称为缓存击穿。

解决办法

设置热点数据永远不过期。
使用互斥锁。简单地来说，就是在缓存失效的时候（判断拿出来的值为空），不是立即去查询数据库，而是先使用缓存工具的某些带成功操作返回值的操作（比如 Redis 的 SETNX 或者 Memcache 的 ADD）去 set 一个 mutex key，当操作返回成功时，再进行查询数据库的操作并回设缓存；否则，就重试整个 get 缓存的方法。其他的线程走到这一步拿不到锁就等着，等第一个线程查询到了数据，然后做缓存。后面的线程进来发现已经有缓存了，就直接走缓存。

若系统的并发很高，当缓存过期时，则大量的请求会穿透缓存，同时到DB中查询，那我们可以设置缓存当缓存过期时，只去DB中请求一次并缓存吗？可以，我们可以使用 redis 的 setnx() ，意思是（set Not Exists），如果$key不存在则设置，存在则不进行任何操作。设置成功设置返回1，说明当前的请求获得了当前的操作权限，设置失败返回0，说明此资源已经被其他请求获得。

给存入缓存的数据增加一个过期时间字段暂时：

public function getArticlesLock($key)
{
    $time = time();
    $expire = 10 * 2;
    $lockKey = 'lock:k';
    $data = Cache::get($key);

    if (!is_null($data)) {
        //缓存未过期
        if ($data['expire'] > time()){
            return $data['data'];
        }

        //加锁失败说明已经有请求执行加锁，返回之前的缓存数据
        if (!Redis::setnx($lockKey,1)) {
            return $data['data'];
        }
    }

    sleep(3);
    $datat = $this->searchDB();
    $data = [
        'data' => $datat,
        'expire' => $time + $expire - 10
    ];
    $r = Cache::put($key, $data, $expire);


    //解锁
    Redis::del($lockKey);
    return $data['data'];
}

缓存雪崩

某时刻发生大规模的缓存失效 的情况，比如你的缓存服务宕机了，会有大量的请求进来直接打到DB数据库上面，DB数据库压力瞬间增大，结果就是DB数据库支撑不住而崩溃。和缓存击穿不同的是，缓存击穿指并发查同一条数据，缓存雪崩是不同数据都过期了，很多数据都查不到从而查数据库。

解决办法

设置热点数据永远不过期。
设置不同的失效时间。为了避免这些热点的数据集中失效，那么我们在设置缓存过期时间的时候，我们让他们失效的时间错开。比如在一个基础的时间上加上或者减去一个范围内的随机值。
缓存的高可用性。缓存层设计成高可用，防止缓存大面积故障。即使个别节点、个别机器、甚至是机房宕掉，依然可以提供服务，例如 Redis Sentinel 和 Redis Cluster 都实现了高可用。
缓存备份和快速预热。比如：Redis持久化机制，尽快恢复缓存集群。一旦重启，就能从磁盘上自动加载数据恢复内存中的数据。

缓存预热

缓存预热就是系统上线后，将相关的缓存数据直接加载到缓存系统。这样就可以避免在用户请求的时候，先查询数据库，然后再将数据缓存的问题！用户直接查询事先被预热的缓存数据！

直接写个缓存刷新页面，上线时手工操作下；
数据量不大，可以在项目启动的时候自动进行加载；

目的就是在系统上线前，将数据加载到缓存中。

互斥锁

Laravel8 框架中位置： vendor\laravel\framework\src\Illuminate\Cache ， RedisLock.php 文件中Redis 锁类，在这个类中，使用 acquire() 方法获得互斥的 Redis 锁，使用 release() 方法释放锁。

use Illuminate\Support\Facades\Redis;
use Illuminate\Cache\RedisLock;

function RedisLockTest()
{
    //获取redis实例
    $redis = Redis::connection();
    $key = 'redis_test_key';

    //获取redis锁实例
    $redisLock = new RedisLock($redis, $key . '_lock', 30);
    $res = $redis->get($key);
    if (empty($res)) 
    {
        //拿到互斥锁
        if ($redisLock->acquire()) 
	{
            //模拟从数据库中获取数据的过程
            sleep(5);
            $value = date('Y-m-d H:i:s');

            //更新缓存，过期时间可以根据实际情况调整
            $redis->setex($key, 60, $value);

            //释放锁
            $redisLock->release();
            return $value;
        } 
	else
	{
            //等待2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，等待时间可以根据实际情况调整
            sleep(2);
            return $this->RedisLockTest();
        }
    }
    else 
    {
        return $res;
    }
}

在Laravel 框架中读取缓存的方法有： Cache::get($key) 、 Cache::remember($key,$seconds,Closure $callback) ：

Cache::get 返回值

当 key 键存在，并且值是 非null 值的时候，返回此值。
当 key 键存在，并且值是 null 值的时候，返回 null 。
当 key 键不存在，返回 null 。

Cache::remember 返回值

当 key 键存在，并且值是 非null 值的时候，返回此值。
当 key 键存在，并且值是 null 值的时候，运行第三个参数 Closure $callback （闭包函数）可以查询数据库获得值。若也是null，也会被储存。
当 key 键不存在，运行第三个参数 Closure $callback （闭包函数）可以查询数据库获得值。若也是null，也会被储存。

Cache::has 返回值

在Laravel 框架中判断是否存在值方法有： Cache::has($key) ：

当 key 键存在，并且值是 非null、非false 值的时候，返回 true 。
当 key 键存在，并且值是 null 或 false 值的时候，返回 false 。
当 key 键不存在，返回 false 。

Laravel8 框架中源码位置： vendor\laravel\framework\src\Illuminate\Cache ， Repository.php 文件中

public function has($key)
{
        return ! is_null($this->get($key));
}



public function get($key, $default = null)
    {
        if (is_array($key)) {
            return $this->many($key);
        }

        $value = $this->store->get($this->itemKey($key));

        // If we could not find the cache value, we will fire the missed event and get
        // the default value for this cache value. This default could be a callback
        // so we will execute the value function which will resolve it if needed.
        if (is_null($value)) {
            $this->event(new CacheMissed($key));

            $value = value($default);
        } else {
            $this->event(new CacheHit($key, $value));
        }

        return $value;
}



public function remember($key, $ttl, Closure $callback)
{
        $value = $this->get($key);

        // If the item exists in the cache we will just return this immediately and if
        // not we will execute the given Closure and cache the result of that for a
        // given number of seconds so it's available for all subsequent requests.

        if (!is_null($value)) {
            return $value;
        }

        $this->put($key, $value = $callback(), $ttl);

        return $value;
}

public function put($key, $value, $ttl = null)
{
        if (is_array($key)) {
            return $this->putMany($key, $value);
        }

        if ($ttl === null) {
            return $this->forever($key, $value);
        }

        $seconds = $this->getSeconds($ttl);

        if ($seconds <= 0) { return $this->forget($key);
        }

        $result = $this->store->put($this->itemKey($key), $value, $seconds);

        if ($result) {
            $this->event(new KeyWritten($key, $value, $seconds));
        }

        return $result;
}

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缓存穿透

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Cache::get 返回值

Cache::remember 返回值

Cache::has 返回值