前言

Redis 缓存是高并发系统的标配，但用不好反而会出大问题。缓存穿透、击穿、雪崩这三个经典问题，几乎每个后端开发都踩过坑。本文用实战的方式，带你彻底搞懂这三个问题的原理和解决方案。

一、缓存穿透

什么是穿透

查询一个数据库里根本不存在的数据，缓存里也没有，每次请求都打到数据库上。这就是缓存穿透。

比如有人恶意请求 id = -1 的用户数据，数据库里永远查不到，缓存里也永远没有，每次请求都要查一次数据库。

解决方案

1. 缓存空值

function getUserById($id) {
    $user = $redis->get("user:{$id}");

    if ($user === false) {
        // 数据库查询
        $user = $db->query("SELECT * FROM users WHERE id = ?", [$id])->fetch();

        if ($user) {
            $redis->setex("user:{$id}", 3600, json_encode($user));
        } else {
            // 空值也缓存，短时间过期
            $redis->setex("user:{$id}", 60, 'NULL');
        }
    }

    return $user === 'NULL' ? null : $user;
}

优点：简单直接
缺点：如果恶意请求的 id 非常多，会占用大量缓存空间

2. 布隆过滤器

在缓存前面加一层布隆过滤器，先判断这个 id 是否存在，不存在直接返回。

// 初始化布隆过滤器，把所有存在的 id 放进去
$bloomFilter = new RedisBloomFilter($redis);
$bloomFilter->add($allUserIds);

function getUserById($id) {
    // 先查布隆过滤器，不存在直接返回
    if (!$bloomFilter->exists($id)) {
        return null;
    }

    // 再走缓存查询...
}

优点：占用空间小，效率高
缺点：有一定误判率，实现复杂

二、缓存击穿

什么是击穿

某个热点 key 突然过期了，这一瞬间大量请求同时打到数据库上，就像被击穿了一样。

和穿透的区别：穿透是数据不存在，击穿是数据存在但缓存过期了。

解决方案

1. 互斥锁

function getHotProduct($id) {
    $product = $redis->get("product:{$id}");

    if ($product === false) {
        // 尝试获取锁
        $lockKey = "lock:product:{$id}";
        $isLocked = $redis->set($lockKey, 1, ['NX', 'EX' => 10]);

        if ($isLocked) {
            // 拿到锁，查数据库
            $product = $db->query("SELECT * FROM products WHERE id = ?", [$id])->fetch();
            $redis->setex("product:{$id}", 3600, json_encode($product));
            $redis->del($lockKey);
        } else {
            // 没拿到锁，等一会再查缓存
            usleep(10000);
            return getHotProduct($id);
        }
    }

    return $product;
}

优点：保证只有一个请求查数据库
缺点：实现复杂，有死锁风险

2. 热点数据永不过期

对真正的热点数据，直接设置永不过期，由后台异步更新。

// 热点数据不设过期时间，后台定时更新
$redis->set("hot_product:{$id}", json_encode($product));

三、缓存雪崩

什么是雪崩

大量缓存 key 在同一时间集体过期，或者 Redis 整个宕机了，所有请求瞬间全部打到数据库上，数据库直接被压垮。

和击穿的区别：击穿是一个热点 key，雪崩是大量 key 同时失效。

解决方案

1. 过期时间加随机值

// 不要所有 key 都设成 3600 秒过期
$ttl = 3600 + rand(0, 600);  // 在 1 小时基础上加 0-10 分钟随机值
$redis->setex("product:{$id}", $ttl, json_encode($product));

这样就不会出现大量 key 同一时间过期的情况。

2. Redis 集群高可用

部署 Redis 主从 + 哨兵，或者 Redis Cluster，确保 Redis 本身不会单点故障。

3. 服务降级限流

当数据库压力过大时，主动限流，返回兜底数据。

// 简单的降级逻辑
if ($redis->ping() === false) {
    // Redis 挂了，直接返回默认数据
    return getDefaultProduct();
}

四、三种问题对比

总结

缓存三件套的核心思路：

1. 穿透：不让不存在的数据反复打数据库
2. 击穿：热点数据过期时只让一个请求去查数据库
3. 雪崩：让缓存失效时间错开，同时保证 Redis 高可用

搞懂这三个问题，你的缓存方案才算真正入门了。