引言：
快取擊穿、快取穿透、快取雪崩這三個問題是Reids在實際專案中會經常遇到問題，同時，這三個問題也是面試的熱點問題，下面，就本篇文章搞懂快取穿透、快取擊穿、快取雪崩三大問題的原因及解決方法
首先看一下Redis在專案中作為快取中介軟體是如何工作的
客戶端發起一個查詢請求的時候，首先去快取中查詢，如果資料在快取中存在，則直接將快取中的資料返回給客戶端；如果資料在快取中不存在，則繼續查詢資料庫，如果資料在資料庫中存在，則將該資料放入快取中，並返回給客戶端，如果資料在資料庫中也不存在，則直接返回null給客戶端。
一、Redis快取穿透
1、什麼是快取穿透
快取穿透是指查詢一個快取中和資料庫中都不存在的資料，導致每次查詢這條資料都會透過快取，直接查庫，最後返回空。當使用者使用這條不存在的資料瘋狂發起查詢請求的時候，對資料庫造成的壓力就非常大，甚至可能直接掛掉。這種情況的流程就變成下圖這樣了：
2、如何解決快取穿透
解決快取穿透的方法一般有兩種，第一種是快取空物件，第二種是使用布隆過濾器。
2、1.快取空物件
第一種方法比較好理解，就是當資料庫中查不到資料的時候，我快取一個空物件，然後給這個空物件的快取設定一個過期時間，這樣下次再查詢該資料的時候，就可以直接從快取中拿到，從而達到了減小資料庫壓力的目的。但這種解決方式有兩個缺點：（1）需要快取層提供更多的記憶體空間來快取這些空物件，當這種空物件很多的時候，就會浪費更多的記憶體；（2）會導致快取層和儲存層的資料不一致，即使在快取空物件時給它設定了一個很短的過期時間，那也會導致這一段時間內的資料不一致問題。
2、2.布隆過濾器
使用布隆過濾器，這是比較推薦的方法。所謂布隆過濾器，就是一種資料結構，它是由一個長度為m bit的位陣列與n個hash函式組成的資料結構，位陣列中每個元素的初始值都是0。在初始化布隆過濾器時，會先將所有key進行n次hash運算，這樣就可以得到n個位置，然後將這n個位置上的元素改為1。這樣，就相當於把所有的key儲存到了布隆過濾器中了。
舉個例子，比如我們一共有3個key，我們對這3個key分別進行3次hash運算，key1經過三次hash運算後的結果分別為2/6/10，那麼就把布隆過濾器中下標為2/6/10的元素值更新為1，然後再分別對key2和key3做同樣操作，結果如下圖：
這樣，當客戶端查詢時，也對查詢的key做3次hash運算得到3個位置，然後看布隆過濾器中對應位置元素的值是否為1，如果所有對應位置元素的值都為1，就證明key在庫中存在，則繼續向下查詢；如果3個位置中有任意一個位置的值不為1，那麼就證明key在庫中不存在，直接返回客戶端空即可。如下圖：
當客戶端查詢key4時，key4的3次hash運算中，有一個位置8的值為0，就說明key4在庫中不存在，直接返回客戶端空即可。
所以，布隆過濾器就相當於一個位於客戶端與快取層中間的攔截器一樣，負責判斷key是否在集合中存在。如下圖：
布隆過濾器的好處就是解決了第一種快取空值的不足，但布隆過濾器也存在缺陷，首先，它有誤判的可能，比如在上面客戶端查詢key4的圖中，假如key4經過3次hash運算得到的位置分別是2/4/6，由於這3個位置的值都是1，所以，布隆過濾器就認為key4在庫中存在，進而繼續向下查詢了。所以，布隆過濾器判斷存在的key實際上可能是不存在的，但布隆過濾器判斷不存在的key是一定不存在的。它的第二個缺點就是刪除元素比較難，比如現在要刪除key2這個元素，那麼需要將2/7/11三個位置的元素值改為0，但這樣就會影響到key1和key3的判斷。
二、快取擊穿
1、什麼是快取擊穿
快取擊穿是指當快取中某個熱點資料過期了，在該熱點資料重新載入快取之前，有大量的查詢請求穿過快取，直接查詢資料庫。這種情況會導致資料庫壓力瞬間驟增，造成大量請求阻塞，甚至直接掛掉。
2、如何解決快取擊穿
解決快取擊穿的方法也有兩種，第一種是設定key永不過期；第二種是使用分散式鎖，保證同一時刻只能有一個查詢請求重新載入熱點資料到快取中，這樣，其他的執行緒只需等待該執行緒執行完畢，即可重新從Redis中獲取資料。
2、1.熱點Key值永不過期
第一種方式比較簡單，在設定熱點key的時候，不給key設定過期時間即可。不過還有另外一種方式也可以達到key不過期的目的，就是正常給key設定過期時間，不過在後臺同時啟一個定時任務去定時地更新這個快取。
2、2.分散式鎖併發更新
第二種方式使用了加鎖的方式，鎖的物件就是key，這樣，當大量查詢同一個key的請求併發進來時，只能有一個請求獲取到鎖，然後獲取到鎖的執行緒查詢資料庫，然後將結果放入到快取中，然後釋放鎖，此時，其他處於鎖等待的請求即可繼續執行，由於此時快取中已經有了資料，所以直接從快取中獲取到資料返回，並不會查詢資料庫
三、快取雪崩
1、什麼是快取雪崩
快取雪崩是指當快取中有大量的key在同一時刻過期，或者Redis直接當機了，導致大量的查詢請求全部到達資料庫，造成資料庫查詢壓力驟增，甚至直接掛掉。
2、如何解決快取雪崩
針對第一種大量key同時過期的情況，解決起來比較簡單，只需要將每個key的過期時間打散即可，使它們的失效點儘可能均勻分佈。
針對第二種redis發生故障的情況，部署redis時可以使用redis的幾種高可用方案部署
除了上面兩種解決方式，還可以使用其他策略，比如設定key永不過期、加分散式鎖等。