前言
Redis缓存异常问题分别是：1.缓存雪崩。2.缓存预热。3.缓存穿透。4.缓存降级。5.缓存击穿，以
及对应Redis缓存异常问题解决方案。
1.缓存雪崩
1.1、什么是缓存雪崩
如果缓存集中在一段时间内失效，发生大量的缓存穿透，所有的查询都落在数据库上，造成了缓存雪崩由于原有缓存失效，新缓存未到期间所有原本应该访问缓存的请求都去查询数据库了，而对数据库CPU和内存造成巨大压力，严重的会造成数据库宕机。
举例来说， 我们在准备一项抢购的促销运营活动，活动期间将带来大量的商品信息、库存等相关信息的查询。
为了避免商品数据库的压力，将商品数据放入缓存中存储。不巧的是，抢购活动期间，大量的热门商品缓存同时失
效过期了，导致很大的查询流量落到了数据库之上，对于数据库来说造成很大的压力。
1.2、解决方案
1、加锁排队
mutex互斥锁解决，Redis的SETNX去set一个mutex key，当操作返回成功时，再进行加载数据库的操作并回设缓存，否则，就重试整个get缓存的方法。
2、数据预热
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。可以通过缓存reload机制，预先去更新缓存，再即将发生大并发访问前手动触发加载缓存不同的key。
3、双层缓存策略
C1为原始缓存，C2为拷贝缓存，C1失效时，可以访问C2，C1缓存失效时间设置为短期，C2设置为长期。
4、定时更新缓存策略
实效性要求不高的缓存，容器启动初始化加载，采用定时任务更新或移除缓存。
5、设置不同的过期时间。
让缓存失效的时间点尽量均匀。
2.缓存预热
2.1、什么是缓存预热
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。
如图所示：
如果不进行预热， 那么 Redis 初识状态数据为空，系统上线初期，对于高并发的流量，都会访问到数据库中， 对数据库造成流量的压力。
2.2、解决方案
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数据量不大的时候，工程启动的时候进行加载缓存动作；
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数据量大的时候，设置一个定时任务脚本，进行缓存的刷新；
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数据量太大的时候，优先保证热点数据进行提前加载到缓存。
3.缓存穿透
3.1、什么是缓存穿透
缓存穿透是指用户查询数据，在数据库没有，自然在缓存中也不会有。这样就导致用户查询的时候，在缓存中找不到对应key的value，每次都要去数据库再查询一遍，然后返回空（相当于进行了两次无用的查询）。这样请求就绕过缓存直接查数据库。
3.2、解决方案
1、缓存空对象
简单粗暴的方法，如果一个查询返回的数据为空（不管是数据不存在，还是系统故障），我们仍然把这个空结果进行缓存，但它的过期时间会很短，最长不超过五分钟。
2、布隆过滤器
优势：占用内存空间很小，位存储；性能特别高，使用key的hash判断key存不存在。
将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中，一个一定不存在的数据会被这个bitmap拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。
4.缓存降级
降级的情况，就是缓存失效或者缓存服务挂掉的情况下，我们也不去访问数据库。
我们直接访问内存部分数据缓存或者直接返回默认数据。
举例来说：
对于应用的首页，一般是访问量非常大的地方，首页里面往往包含了部分推荐商品的展示信息。这些推荐商品都会放到缓存中进行存储，同时我们为了避免缓存的异常情况，对热点商品数据也存储到了内存中。同时内存中还保留了一些默认的商品信息。
降级一般是有损的操作，所以尽量减少降级对于业务的影响程度。
5.缓存击穿
5.1、什么是缓存击穿
缓存击穿是指缓存中没有但数据库中有的数据（一般是缓存时间到期），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。
5.2、会带来什么问题
会造成某一时刻数据库请求量过大，压力剧增。
5.3、解决方案
5.3.1.使用互斥锁(mutex key)
这种解决方案思路比较简单，就是只让一个线程构建缓存，其他线程等待构建缓存的线程执行完，重新从缓存获取数据就可以了。
如果是单机，可以用synchronized或者lock来处理；
如果是分布式环境可以用分布式锁就可以了（分布式锁，可以用memcache的add, redis的setnx, zookeeper的添加节点操作）。
5.3.2.永远不过期
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从redis上看，确实没有设置过期时间，这就保证了，不会出现热点key过期问题，也就是“物理”不过期。
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从功能上看，如果不过期，那不就成静态的了吗？所以我们把过期时间存在key对应的value里，如果发现要过期了，通过一个后台的异步线程进行缓存的构建，也就是“逻辑”过期。
5.3.3.缓存屏障
该方法类似于方法一：
使用countDownLatch和atomicInteger.compareAndSet()方法，实现轻量级锁。
public class MyCache{
private ConcurrentHashMap<String, String> map;
private CountDownLatch countDownLatch;
private AtomicInteger atomicInteger;
public MyCache(ConcurrentHashMap<String, String> map, CountDownLatch countDownLatch,
AtomicInteger atomicInteger) {
this.map = map;
this.countDownLatch = countDownLatch;
this.atomicInteger = atomicInteger;
}
public String get(String key){
String value = map.get(key);
if (value != null){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 线程获取value值 value="+value);
return value;
}
// 如果没获取到值
// 首先尝试获取token，然后去查询db，初始化化缓存；
// 如果没有获取到token，超时等待
if (atomicInteger.compareAndSet(0,1)){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 线程获取token");
return null;
}
// 其他线程超时等待
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 线程没有获取token，等待中。。。");
countDownLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 初始化缓存成功，等待线程被唤醒
// 等待线程等待超时，自动唤醒
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 线程被唤醒，获取value ="+map.get("key"));
return map.get(key);
}
public void put(String key, String value){
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
map.put(key, value);
// 更新状态
atomicInteger.compareAndSet(1, 2);
// 通知其他线程
countDownLatch.countDown();
System.out.println();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 线程初始化缓存成功！value ="+map.get("key"));
}
}
public class MyThread implements Runnable{
private MyCache myCache;
public MyThread(MyCache myCache) {
this.myCache = myCache;
}
@Override
public void run() {
String value = myCache.get("key");
if (value == null){
myCache.put("key","value");
}
}
}
public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) {
MyCache myCache = new MyCache(new ConcurrentHashMap<>(), new CountDownLatch(1), new AtomicInteger(0));
MyThread myThread = new MyThread(myCache);
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
executorService.execute(myThread);
}
}
}
