【愚公系列】2023年06月 Java教学课程 130-Redis的常见问题和解决方案

一、Redis的常见问题和解决方案

1.缓存预热

场景：“宕机”

服务器启动后迅速宕机

问题排查：

1.请求数量较高，大量的请求过来之后都需要去从缓存中获取数据，但是缓存中又没有，此时从数据库中查找数据然后将数据再存入缓存，造成了短期内对redis的高强度操作从而导致问题

2.主从之间数据吞吐量较大，数据同步操作频度较高

解决方案：

• 前置准备工作：

1.日常例行统计数据访问记录，统计访问频度较高的热点数据

2.利用LRU数据删除策略，构建数据留存队列例如：storm与kafka配合

• 准备工作：

1.将统计结果中的数据分类，根据级别，redis优先加载级别较高的热点数据

2.利用分布式多服务器同时进行数据读取，提速数据加载过程

3.热点数据主从同时预热

• 实施：

4.使用脚本程序固定触发数据预热过程

5.如果条件允许，使用了CDN（内容分发网络），效果会更好

总的来说：缓存预热就是系统启动前，提前将相关的缓存数据直接加载到缓存系统。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！

2.缓存雪崩

场景：数据库服务器崩溃，一连串的场景会随之儿来

1.系统平稳运行过程中，忽然数据库连接量激增

2.应用服务器无法及时处理请求

3.大量408，500错误页面出现

4.客户反复刷新页面获取数据

5.数据库崩溃

6.应用服务器崩溃

7.重启应用服务器无效

8.Redis服务器崩溃

9.Redis集群崩溃

10.重启数据库后再次被瞬间流量放倒

问题排查：

1.在一个较短的时间内，缓存中较多的key集中过期

2.此周期内请求访问过期的数据，redis未命中，redis向数据库获取数据

3.数据库同时接收到大量的请求无法及时处理

4.Redis大量请求被积压，开始出现超时现象

5.数据库流量激增，数据库崩溃

6.重启后仍然面对缓存中无数据可用

7.Redis服务器资源被严重占用，Redis服务器崩溃

8.Redis集群呈现崩塌，集群瓦解

9.应用服务器无法及时得到数据响应请求，来自客户端的请求数量越来越多，应用服务器崩溃

10.应用服务器，redis，数据库全部重启，效果不理想

总而言之就两点：短时间范围内，大量key集中过期

解决方案

• 思路：

1.更多的页面静态化处理

2.构建多级缓存架构

Nginx缓存+redis缓存+ehcache缓存

3.检测Mysql严重耗时业务进行优化

对数据库的瓶颈排查：例如超时查询、耗时较高事务等

4.灾难预警机制

监控redis服务器性能指标

CPU占用、CPU使用率

内存容量

查询平均响应时间

线程数

5.限流、降级

短时间范围内牺牲一些客户体验，限制一部分请求访问，降低应用服务器压力，待业务低速运转后再逐步放开访问

• 落地实践：

1.LRU与LFU切换

2.数据有效期策略调整

根据业务数据有效期进行分类错峰，A类90分钟，B类80分钟，C类70分钟

过期时间使用固定时间+随机值的形式，稀释集中到期的key的数量

3.超热数据使用永久key

4.定期维护（自动+人工）

对即将过期数据做访问量分析，确认是否延时，配合访问量统计，做热点数据的延时

5.加锁：慎用！

总的来说：缓存雪崩就是瞬间过期数据量太大，导致对数据库服务器造成压力。如能够有效避免过期时间集中，可以有效解决雪崩现象的 出现（约40%），配合其他策略一起使用，并监控服务器的运行数据，根据运行记录做快速调整。

3.缓存击穿

场景：还是数据库服务器崩溃，但是跟之前的场景有点不太一样

1.系统平稳运行过程中

2.数据库连接量瞬间激增

3.Redis服务器无大量key过期

4.Redis内存平稳，无波动

5.Redis服务器CPU正常

6.数据库崩溃

问题排查：

1.Redis中某个key过期，该key访问量巨大

2.多个数据请求从服务器直接压到Redis后，均未命中

3.Redis在短时间内发起了大量对数据库中同一数据的访问

总而言之就两点：单个key高热数据，key过期

解决方案：

1.预先设定

以电商为例，每个商家根据店铺等级，指定若干款主打商品，在购物节期间，加大此类信息key的过期时长 注意：购物节不仅仅指当天，以及后续若干天，访问峰值呈现逐渐降低的趋势

2.现场调整

监控访问量，对自然流量激增的数据延长过期时间或设置为永久性key

3.后台刷新数据

启动定时任务，高峰期来临之前，刷新数据有效期，确保不丢失

4.二级缓存

设置不同的失效时间，保障不会被同时淘汰就行

5.加锁

分布式锁，防止被击穿，但是要注意也是性能瓶颈，慎重！

总的来说：缓存击穿就是单个高热数据过期的瞬间，数据访问量较大，未命中redis后，发起了大量对同一数据的数据库访问，导致对数 据库服务器造成压力。应对策略应该在业务数据分析与预防方面进行，配合运行监控测试与即时调整策略，毕竟单个key的过 期监控难度较高，配合雪崩处理策略即可。

4.缓存穿透

场景：数据库服务器又崩溃了，跟之前的一样吗？

1.系统平稳运行过程中

2.应用服务器流量随时间增量较大

3.Redis服务器命中率随时间逐步降低

4.Redis内存平稳，内存无压力

5.Redis服务器CPU占用激增

6.数据库服务器压力激增

7.数据库崩溃

问题排查：

1.Redis中大面积出现未命中

2.出现非正常URL访问

问题分析：

• 获取的数据在数据库中也不存在，数据库查询未得到对应数据

• Redis获取到null数据未进行持久化，直接返回

• 下次此类数据到达重复上述过程

• 出现黑客攻击服务器

解决方案：

1.缓存null

对查询结果为null的数据进行缓存（长期使用，定期清理），设定短时限，例如30-60秒，最高5分钟

2.白名单策略

提前预热各种分类数据id对应的bitmaps，id作为bitmaps的offset，相当于设置了数据白名单。当加载正常数据时放行，加载异常数据时直接拦截（效率偏低）

使用布隆过滤器（有关布隆过滤器的命中问题对当前状况可以忽略）

2.实施监控

实时监控redis命中率（业务正常范围时，通常会有一个波动值）与null数据的占比

非活动时段波动：通常检测3-5倍，超过5倍纳入重点排查对象

活动时段波动：通常检测10-50倍，超过50倍纳入重点排查对象

根据倍数不同，启动不同的排查流程。然后使用黑名单进行防控（运营）

4.key加密

问题出现后，临时启动防灾业务key，对key进行业务层传输加密服务，设定校验程序，过来的key校验

例如每天随机分配60个加密串，挑选2到3个，混淆到页面数据id中，发现访问key不满足规则，驳回数据访问

总的来说：缓存击穿是指访问了不存在的数据，跳过了合法数据的redis数据缓存阶段，每次访问数据库，导致对数据库服务器造成压力。通常此类数据的出现量是一个较低的值，当出现此类情况以毒攻毒，并及时报警。应对策略应该在临时预案防范方面多做文章。

无论是黑名单还是白名单，都是对整体系统的压力，警报解除后尽快移除。

5.性能指标监控

redis中的监控指标如下：

• 性能指标：Performance

响应请求的平均时间:

latency

平均每秒处理请求总数

instantaneous_ops_per_sec

缓存查询命中率（通过查询总次数与查询得到非nil数据总次数计算而来）

hit_rate(calculated)

• 内存指标：Memory

当前内存使用量

used_memory

内存碎片率（关系到是否进行碎片整理）

mem_fragmentation_ratio

为避免内存溢出删除的key的总数量

evicted_keys

基于阻塞操作（BLPOP等）影响的客户端数量

blocked_clients

• 基本活动指标：Basic_activity

当前客户端连接总数

connected_clients

当前连接slave总数

connected_slaves

最后一次主从信息交换距现在的秒

master_last_io_seconds_ago

key的总数

keyspace

• 持久性指标：Persistence

当前服务器最后一次RDB持久化的时间

rdb_last_save_time

当前服务器最后一次RDB持久化后数据变化总量

rdb_changes_since_last_save

• 错误指标：Error

被拒绝连接的客户端总数（基于达到最大连接值的因素）

rejected_connections

key未命中的总次数

keyspace_misses

主从断开的秒数

master_link_down_since_seconds

要对redis的相关指标进行监控，我们可以采用一些用具：

• CloudInsight Redis

• Prometheus

• Redis-stat

• Redis-faina

• RedisLive

• zabbix

也有一些命令工具：

• benchmark

测试当前服务器的并发性能

redis-benchmark [-h ] [-p ] [-c ] [-n <requests]> [-k ]

范例1：50个连接，10000次请求对应的性能

redis-benchmark

范例2：100个连接，5000次请求对应的性能

redis-benchmark -c 100 -n 5000

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5xFVqxvu-1680317665463)(./img/29.png)]

• redis-cli

monitor：启动服务器调试信息

monitor

slowlog：慢日志

获取慢查询日志

slowlog [operator]

get ：获取慢查询日志信息

len ：获取慢查询日志条目数

reset ：重置慢查询日志

相关配置

slowlog-log-slower-than 1000 #设置慢查询的时间下线，单位：微妙
slowlog-max-len 100 #设置慢查询命令对应的日志显示长度，单位：命令数