缓存穿透，缓存击穿，缓存雪崩问题实例及解决方案

缓存问题是在分布式系统中常见的挑战之一，以下是缓存穿透、缓存击穿和缓存雪崩问题的概述以及针对每个问题的解决方法：

1.缓存穿透：缓存穿透是指请求一个不存在于缓存中的数据，这会导致请求直接落到后端数据库，增加数据库的负载。攻击者可以通过频繁请求不存在的数据来导致缓存穿透。

解决方法：

• • 空值缓存： 当数据库中不存在某个数据时，也将空值（null）缓存起来，这样下次请求同样的数据时，可以从缓存中返回空值，避免频繁查询数据库。
  • 布隆过滤器（Bloom Filter）： 在缓存层使用布隆过滤器，它可以快速判断一个数据是否存在于缓存中，避免无效的查询请求进入数据库。
• 案例： 假设有一个电子商务网站，用户可以通过商品ID查询商品信息。攻击者故意发送不存在的商品ID进行大量请求，这导致缓存中不断缺失该商品信息，每次查询都会直接落到数据库。

• 解决方法： 使用布隆过滤器，将所有已存在的商品ID存储在布隆过滤器中，请求到来时先判断是否可能存在，避免无效的数据库查询。

2.缓存击穿：缓存击穿是指一个热点数据在缓存中过期或被删除后，大量请求同时涌入，直接落到后端数据库，导致数据库负载剧增。

解决方法：

• • 热点数据永不过期： 将热点数据设置为永不过期，确保即使缓存失效，数据仍然存在于缓存中，减轻数据库负担。
  • 加互斥锁： 在缓存失效的时候，使用互斥锁来保护对数据库的访问，只有一个请求能够重新加载缓存数据，其他请求等待或返回旧数据。
• 案例： 假设一个社交媒体应用中，某篇热门文章的缓存设置了一小时的过期时间。在文章热度急剧上升时，缓存刚好过期，大量用户请求同时涌入，导致后端数据库负载激增。

• 解决方法： 设置热门文章的缓存永不过期，或者在缓存失效的同时，使用互斥锁来保护对数据库的访问。

3.缓存雪崩：缓存雪崩是指多个缓存中的数据同时失效，导致大量请求涌入后端数据库，造成数据库负载激增，甚至崩溃。

解决方法：

• • 设置随机过期时间： 在缓存层设置不同的过期时间，避免多个缓存同时过期，减少数据库请求的集中发生。
  • 使用分布式锁： 在缓存失效的时候，使用分布式锁来保护对数据库的访问，只有一个请求能够重新加载缓存数据，其他请求等待或返回旧数据。
  • 使用多级缓存： 引入多级缓存，例如本地缓存和分布式缓存，避免单一缓存层失效导致的雪崩问题。
• 案例： 假设一个电商网站中，商品列表缓存设置了相同的过期时间。在某个时间点，缓存中的所有商品列表同时过期，大量用户在同一时刻访问，导致后端数据库压力巨大。

• 解决方法： 设置随机过期时间，确保缓存不会在同一时刻同时失效，或者使用分布式锁来控制对缓存的重新加载，避免同时涌入大量请求。