如何解决Redis String做缓存时出现的缓存击穿和穿透问题?

轻晨吖_4316

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2026-10-27

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原创

缓存穿透的根本原因是未命中缓存且数据库也无数据时,业务未缓存空值,导致相同无效key反复查库;典型表现为Redis命中率低、数据库慢查询激增,解决方案是缓存空字符串并设2~5分钟短过期,辅以前置参数校验和布隆过滤器。

如何解决redis string做缓存时出现的缓存击穿和穿透问题?

缓存穿透:查不到的 key 为什么反复打数据库

根本原因是:Redis 里没这个 key,MySQL 里也没有,但业务逻辑没把“空结果”写进缓存,导致每次相同请求都走一遍“查缓存 → 查库 → 返回 null”的完整链路。

典型表现是监控里看到 Redis 命中率正常(因为压根没命中),但数据库慢查询突增,且日志里大量出现类似 SELECT * FROM user WHERE id = -1 或 id = 999999999 这种明显不存在的参数。

  • 最简单有效的做法是缓存空值:stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, "", 2, TimeUnit.MINUTES),用空字符串标记“该数据不存在”,并设短过期(2~5 分钟)
  • 别直接存 null,RedisTemplate 对 null 的序列化行为不一致,容易导致后续 get() 返回 null 但无法区分是“缓存未命中”还是“缓存了空值”
  • 如果 key 构造有规律(比如全是数字 ID),可以加一层前置校验:用 Long.parseLong() 拦掉负数、超长字符串等非法输入,从入口就过滤掉一部分穿透流量
  • 注意内存成本:空值太多会挤占内存,高并发下建议配合布隆过滤器(BloomFilter)做粗筛,但布隆过滤器要和数据库主键同步更新,维护成本略高

缓存击穿:热点 key 过期那一秒发生了什么

不是所有 key 过期都会引发击穿,只有那些 QPS 很高(比如 >1000)、且被大量并发请求同时访问的 key 才危险。一旦它在某一毫秒过期,所有请求瞬间落到数据库,连接池很容易被打满。

关键点在于:击穿是“单点 + 高并发 + 刚好过期”的组合问题,和穿透的“全量无效请求”完全不同。

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  • 别只依赖固定过期时间,对热点 key 使用“逻辑过期”:缓存 value 里额外存一个 expireTime 字段,应用层自己判断是否过期,而不是靠 Redis 的 EXPIRE 指令
  • 加互斥锁控制重建:当发现 key 逻辑过期时,用 SET key value NX EX 30 尝试抢锁,抢到的线程去查库并回写缓存,没抢到的线程先 Thread.sleep(20) 再重试一次
  • 避免锁粒度太粗:不要用全局锁(比如 lock:shop),而是按业务维度拆,比如 lock:shop:123,否则会把不同商品的请求也串行化
  • StringRedisTemplate 默认不支持原子性 SET+EX,必须用 execute() 调用原生命令,或升级到 Spring Data Redis 3.x 后使用 opsForValue().set(key, value, timeout, timeUnit, RedisStringCommands.SetOption.UPSERT)

String 类型缓存的两个隐藏坑

很多人以为用了 StringRedisTemplate 就万事大吉,其实它在穿透和击穿场景下有几个容易被忽略的细节:

  • 默认序列化器对空字符串和 null 的处理不统一:用 StringRedisSerializer 存 "" 没问题,但存 null 会抛 SerializationException,所以空值必须显式用 "" 或自定义标记对象
  • key 命名不规范会导致误判:比如把 "user:" + id 和 "user:id:" + id 混用,同一个业务数据可能被当成两个 key,空值缓存就失效了
  • 过期时间单位容易写错:set(key, value, 30, TimeUnit.SECONDS) 和 set(key, value, 30, TimeUnit.MINUTES) 差 60 倍,空值缓存太久会浪费内存,太短又起不到防护作用
  • 没有降级兜底:当 Redis 不可用时,整个缓存逻辑崩溃,应该加一层本地缓存(如 Caffeine)或开关配置,让服务能自动 fallback 到直连数据库

怎么验证你真解决了穿透和击穿

光看代码逻辑不够,得从监控和日志里确认效果:

  • 查 Redis 的 INFO commandstats,重点关注 cmdstat_get 和 cmdstat_set 的调用量比,穿透缓解后,set 次数应明显上升(因为空值也在写)
  • 在数据库慢查询日志里搜 WHERE id = ? 后面跟的参数,如果大量重复出现同一非法 ID(如 -1、0),说明空值缓存没生效
  • 模拟击穿:用 jmeter 对一个已存在的热点 key 发起 1000 并发请求,然后手动 DEL 它,观察数据库 QPS 是否出现尖峰;如果没有,说明逻辑过期或锁机制起了作用
  • 别忘了清理残留:上线空值缓存后,老的未命中逻辑可能还在跑,要确保所有相关接口都走同一套缓存封装,否则部分请求仍会穿透

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