Redis集群防止缓存穿透及雪崩的方案

缓存穿透解决方案

缓存穿透是指查询一个不存在的数据，由于缓存中不存在，请求会直接打到数据库上：

布隆过滤器(Bloom Filter)
- 在访问Redis前，先通过布隆过滤器判断key是否存在
- 不存在则直接返回，避免查询数据库
- 实现方式：可以使用Redis的RedisBloom模块

空值缓存

对于查询结果为null的key，也进行缓存
设置较短的过期时间(如30秒-1分钟)

示例代码：

String value = redis.get(key);
if (value == null) {
    value = db.get(key);
    if (value == null) {
        // 缓存空值
        redis.setex(key, 60, "NULL");
    } else {
        redis.setex(key, 300, value);
    }
} else if ("NULL".equals(value)) {
    return null;
}

接口层校验
- 对请求参数进行合法性校验
- 如ID必须为正整数，否则直接拒绝

缓存雪崩解决方案

缓存雪崩是指大量缓存同时失效，导致所有请求直接打到数据库：

差异化过期时间
- 为不同key设置随机的过期时间
- 避免大量key同时过期
- 示例：基础过期时间+随机值(如300-600秒)
多级缓存架构
- 本地缓存(如Caffeine) + Redis集群 + 数据库
- 多级缓存可以分散压力
热点数据永不过期
- 对极热点数据设置永不过期
- 通过后台任务定期更新缓存

互斥锁重建缓存

当缓存失效时，使用分布式锁控制只有一个线程去重建缓存
其他线程等待或返回旧值

示例伪代码：

public String getData(String key) {
    String value = redis.get(key);
    if (value == null) {
        if (lock.tryLock()) { // 获取分布式锁
            try {
                // 再次检查，防止其他线程已经更新
                value = redis.get(key);
                if (value == null) {
                    value = db.get(key);
                    redis.setex(key, 300, value);
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        } else {
            // 未获取到锁，等待或返回默认值
            Thread.sleep(100);
            return getData(key); // 重试
        }
    }
    return value;
}

熔断降级机制
- 当数据库压力过大时，启动熔断机制
- 返回默认值或缓存中的旧数据

Redis集群特定考虑

在三节点Redis集群环境下，还需要注意：

数据分片均匀性 - 确保热点key均匀分布在各个节点
集群监控 - 监控每个节点的内存、CPU、网络等指标
故障转移 - 确保集群的高可用性，主节点故障时能快速切换

通过以上方案的综合应用，可以有效防止Redis集群环境下的缓存穿透和雪崩问题。