Redis缓存详解：内存淘汰和缓存的预热、击穿、雪崩、穿透的原理与策略
目录
缓存的概念
使用redis作为缓存
缓存更新策略
缓存淘汰策略
关于缓存常见问题及解决方案
缓存预热（Cache preheating）
缓存穿透（Cache penetration）
缓存雪崩（Cache avalanche）
缓存击穿（Cache breakdown）
缓存的概念
缓存和磁盘功能相似，同样是具有存储数据，写入数据，获取数据的特点。缓存相较于磁盘来说，传统缓存不具备持久化保存数据（redis提供持久化的功能），容量也远远小于磁盘的容量，但是却又着访问速度极快的特点。
例子：
行李箱和身上衣服的口袋分别可以看作磁盘和缓存，行李箱相较于口袋能够装下很多东西，但是从行李箱中拿东西确比较慢，而衣服口袋容量虽然很小，但是能很快把里面的东西拿出来。
使用redis作为缓存
通常在网站开发中我们会使用关系型数据库（例如MySQL）来存储数据，这种数据库虽然功能强大但有一个很大的缺陷，就是性能不高，一次查询消耗资源比较多，在面对高并发场景对于数据库的压力是很大的, 很容易就会使数据库服务器宕机。
解决数据库承担高并发的思路通常有两种：
开源：
①提高单台数据库服务器的硬件配置，增强处理能力。
②引入更多机器设备，读写分离，分库分表，构建数据库机器，分散压力。
节流：
引入缓存，在缓存中保存访问频繁的热点数据，降低直接对数据量访问的请求量（“二八定律”，20%的热点数据能满足80%的访问需求）。
Redis 就是⼀个用来作为数据库缓存的常见方案
客户端访问业务服务器, 发起查询请求。
业务服务器先查询 Redis, 看想要的数据是否在 Redis 中存在。如果已经在 Redis 中存在了，就直接返回，此时不必访问 MySQL 了。如果在 Redis 中不存在，再查询 MySQ。
注意：
缓存是用来加快 "读操作" 的速度的，如果是 "写操作"，还是要老老实实写数据库，缓存并不能提高性能。
缓存更新策略
定期生成
每隔一段时间（根据实际需求进行配置），对于访问的数据频次进行统计，挑选出前N%的数据更新到缓存中。适用于一些对实时性要求不高，但访问频繁的数据
实时生成
设置好缓存的容量上限，在接收用户请求的过程中，存在缓存的数据就直接返回给用户，如果不存在则去数据库中查，再将结果写到redis缓存中。
当缓存中的容量已达上限，就需要根据不同的策略对旧数据进行淘汰删除。
缓存淘汰策略
FIFO (First In First Out) 淘汰最先进来的
把缓存中存在时间最久的 (也就是最先来的数据) 淘汰掉。
LRU (Least Recently Used) 淘汰最久未使用的
记录每个 key 的最近访问时间，把最近访问时间最老的 key 淘汰掉。
LFU (Least Frequently Used) 淘汰访问次数最少的
记录每个 key 最近⼀段时间的访问次数，把访问次数最少的淘汰掉。
Random 随机淘汰
从所有的 key 中抽取幸运儿被随机淘汰掉。
Redis 通过配置 maxmemory-policy 来决定淘汰策略：
volatile-lru：淘汰设置了过期时间的 key 中最久未使用的
allkeys-lru：淘汰最久未使用的 key
volatile-lfu：淘汰设置了过期时间的 key 中访问次数最少的
allkeys-lfu：淘汰访问次数最少的 key
volatile-random：随机淘汰设置了过期时间的 key
allkeys-random：随机淘汰 key
volatile-ttl：淘汰设置了过期时间，即将过期的 key
noeviction：超出内存后，写操作报错（默认策略）
关于缓存常见问题及解决方案
缓存预热（Cache preheating）
缓存预热指的是，在服务上线/重启或热点产生前，主动把数据写入缓存，避免上线瞬间大量穿透 mysql。
成因：
对于定期生成的情况不涉及预热，主要是针对实时生成下需要进行缓存预热。在redis服务器首次接入后，服务器里还没有数据，此时如果接收了客户端发来的大量请求，缓存命中失败就会直接打给mysql。
解决方式：
把定期生成和实时生成结合一下，先通过离线的方式，统计热点数据，将热点数据导入redis中。
缓存穿透（Cache penetration）
缓存穿透指的是，在查询某个key时，redis中没有，而mysql中也没有，这个key也不会被更新到redis中，如果这样的请求很多也会给mysql带来很大压力。
成因：
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业务涉及不合理，可能缺少必要的参数检验环节，导致非法的key也被进行查询了。
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操作失误，将数据库部分数据勿删了。
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黑客恶意攻击。
解决方式：
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当发现这个key在redis和mysql上都不存在时，任然写入redis，将value值设为一个非法值（例如“”）。
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引入布隆过滤器，将合法的key预装到布隆过滤器中，请求先询问布隆过滤器，不存在就直接返回，不去访问mysql。
缓存雪崩（Cache avalanche）
缓存雪崩指的是，由于在短时间内，redis上大规模的key失效，导致缓存命中率直线下降，打到mysql的请求激增压力迅速上升，引发mysql宕机。
成因：
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redis 上的大量的 key同时过期。
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redis 节点重启或挂了
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缓存被清空或缓存容量不足导致大规模淘汰
解决方式：
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设置key的过期时间随机化，避免同一时刻过期。
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加强监控报警，提高redis集群的可用性。
缓存击穿（Cache breakdown）
缓存击穿指的是，某个热点的 key 在过期瞬间产生大量请求去 mysql，短时间内对该单key的mysql访问量激增。与雪崩区别，雪崩是大量 key 同时过期，而击穿是单 key（或少数几个热 key）的问题。
成因：
某个热点key设置了过期时间，过期后仍然有大量访问。
解决方式：
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将热点数据设置为永不过期。
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进行必要的降级服务，访问数据库的的时候使用分布式锁，限制同时请求数据库的并发数。