缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩的原因及解决方案

一、缓存穿透

1 产生原因

客户端请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，这样缓存永远不会生效，这些请求都会访问数据库。导致DB的压力瞬间变大而卡死或者宕机。

• 大量的高并发的请求打在redis上
• 这些请求发现redis上并没有需要请求的资源，redis命中率降低
• 因此这些大量的高并发请求转向DB请求对应的资源
• DB压力瞬间增大，直接将DB打垮，进而引发一系列“灾害”

缓存穿透发生的场景一般有两类：

• 原来数据是存在的，但由于某些原因（误删除、主动清理等）在缓存和数据库层面被删除了，但前端或前置的应用程序依旧保有这些数据；
• 恶意攻击行为，利用不存在的Key或者恶意尝试导致产生大量不存在的业务数据请求。

 2.解决方法

（1）缓存空对象

简单的来说，就是请求之后，发现数据不存在，就将null值打入Redis中。
 
优点：实现简单，维护方便
缺点：额外的内存消耗
      可能造成短期的不一致

思路分析：
        当我们客户端访问不存在的数据时，先请求 redis，但是此时 redis 中没有数据，
此时会访问到数据库，但是数据库中也没有数据，这个数据穿透了缓存，直击数据库，
我们都知道数据库能够承载的并发不如 redis 这么高，如果大量的请求同时过来访问这种不存在的数据，
这些请求就都会访问到数据库，简单的解决方案就是哪怕这个数据在数据库中也不存在，
我们也把这个数据存入到 redis 中去，这样，下次用户过来访问这个不存在的数据，
那么在 redis 中也能找到这个数据就不会进入到数据库了。

 （2）布隆过滤

     在客户端与Redis之间加了一个布隆过滤器，对请求进行过滤。 
 
     布隆过滤器的大致原理：布隆过滤器中存放二进制位。
               数据库的数据通过hash算法计算其hash值并存放到布隆过滤器中，
               之后判断数据是否存在的时候，就是判断该hash值是0还是1。
 
               但是这是一种概率上的统计，当其判断不存在的时候就一定是不存在；
                当其判断存在的时候就不一定存在。所以有一定的穿透风险

优点：内存占用较少，没有多余 key
缺点：实现复杂 存在误判可能 

综上所述qqt

               我们可以两种方案一起用，这样子最为保险。据统计使用布隆过滤器一般可以避免90%的无效请求。

二、缓存雪崩

1 产生原因

当redis中的大量key集体过期，可以理解为Redis中的大部分数据都清空 / 失效了，这时候如果有大量并发的请求来到，Redis就无法进行有效的响应（命中率急剧下降)，也会导致DB先生的绝望。

缓存雪崩的场景通常有两个：

• 大量热点key同时过期
• 缓存服务故障或宕机

2 解决方法 

将失效时间分散开

常用且易于实现通过使用自动生成随机数使得key的过期时间TTL是随机的，防止集体过期。

给业务添加多级缓存

使用nginx缓存 + redis缓存 + 其他缓存，不同层使用不同的缓存，可靠性更强。

构建缓存高可用集群

主要针对缓存服务故障的情景，使用Redis集群来提高服务的可用性。

使用锁或者队列的方式

如果查不到就加上排它锁，其他请求只能进行等待，但这种方式可能影响并发量。

设置缓存标记

热点数据可以不考虑失效，后台异步更新缓存，适用于不严格要求缓存一致性的情景。

三、缓存击穿 

1.产生原因

 缓存击穿问题也叫热点Key问题，就是⼀个被高并发访问并且缓存重建业务较复杂的key突然失效了，
无数的请求访问会在瞬间给数据库带来巨大的冲击。

2 解决方法

使用互斥锁

只有一个请求可以获取到互斥锁，然后到DB中将数据查询并返回到Redis，之后所有请求就可以从Redis中得到响应。【缺点：所有线程的请求需要一同等待】

”提前“使用互斥锁 / 逻辑过期

在value内部设置一个比缓存（Redis）过期时间短的过期时间标识，当异步线程发现该值快过期时，马上延长内置的这个时间，并重新从数据库加载数据，设置到缓存中去。【缺点：不保证一致性，实现相较互斥锁更复杂】

提前对热点数据进行设置

类似于新闻、某博等软件都需要对热点数据进行预先设置在Redis中，或者适当延长Redis中的Key过期时间。

监控数据，适时调整

监控哪些数据是热门数据，实时的调整key的过期时长。

四、利用互斥锁解决缓存击穿问题

 核心思路：
         相较于原来从缓存中查询不到数据后直接查询数据库而言，现在的方案是 进行查询之后，
如果从缓存没有查询到数据，则进行互斥锁的获取，获取互斥锁后，判断是否获得到了锁，如果没有得到，
则休眠，过一会再进行尝试，直到获取到锁为止，才能进行查询
 
         如果获取到了锁的线程，再去进行查询，查询后将数据写入 redis，再释放锁，返回数据，
利用互斥锁就能保证只有一个线程去执行操作数据库的逻辑，防止缓存击穿。