缓存穿透、击穿和雪崩

缓存穿透

缓存穿透的概念很简单，用户想要查询一个数据，发现redis内存数据库没有，也就是缓存没有命中，于是向持久层数据库查询。发现也没有，于是本次查询失败。当用户很多的时候，缓存都没有命中（秒杀），于是都去请求了持久层数据库。这会给持久层数据库造成很大的压力，这时候就相当于出现了缓存穿透。 比如用一个不存在的用户id获取用户信息，不论缓存还是数据库都没有，若黑客利用此漏洞进行攻击可能压垮数据库。

解决方案

1.布隆过滤器：布隆过滤器是一种数据结构，对所有可能查询的参数以hash形式存储，在控制层先进行校验。不符合则丢弃，从而避免了对底层存储系统的查询压力。

2.缓存空对象：当存储层不命中后，即使返回的空对象也将其缓存起来，同时会设置一个过期时间，之后再访问这个数据将会从缓存中获取，保护了后端数据源。存在的问题：

• 如果空值能够被缓存起来，则缓存需要更多的空间存储更多的键，因为这当中可能会有很多的空值的键；
• 可能会使缓存层和存储层产生业务的不一致问题。

缓存击穿

这里需要注意和缓存击穿的区别。缓存击穿，是指针对某一个key非常热点，大并发集中对这一个点进行访问，当这个key在失效的瞬间，持续的大并发就击穿缓存，直接请求数据库，就像在一个屏障上凿开了一个洞。当某个key在过期的瞬间，有大量的请求并发访问，这类数据一般是热点数据，由于缓存过期，会同时访问数据库来查询最新数据，并且回写缓存，会导使数据库瞬间压力过大。

解决方案

1.设置热点数据永不过期：从缓存层面来看，没有设置过期时间，所以不会出现热点 key 过期后产生的问题；

2.加互斥锁：使用分布式锁，保证对于每个key同时只有一个线程去查询后端服务，其他线程没有获得分布式锁的权限，因此只需要等待即可。这种方式将高并发的压力转移到了分布式锁，因此对分布式锁的考验很大。

缓存雪崩

**缓存雪崩，是指在某一个时间段，缓存集中过期失效（多个Key），Redis 宕机！**产生雪崩的原因之一，比如在写本文的时候，马上就要到双十二零点，很快就会迎来一波抢购，这波商品时间比较集中的放入了缓存，假设缓存一个小时。那么到了凌晨一点钟的时候，这批商品的缓存就都过期了。而对这批商品的访问查询，都落到了数据库上，对于数据库而言，就会产生周期性的压力波峰。于是所有的请求都会达到存储层，存储层的调用量会暴增，造成存储层也会挂掉的情况。

解决方案

1.Redis高可用：多增设几台redis，一台挂掉之后其他的还可以继续工作，其实是搭建的集群；

2.限流降级：在缓存失效后，通过加锁或者队列来控制读数据库写缓存的线程数量。比如对某个key只允许一个线程查询数据和写缓存，其他线程等待；

3.数据预热：是在正式部署之前，我先把可能的数据先预先访问一遍，这样部分可能大量访问的数据就会加载到缓存中。在即将发生大并发访问前手动触发加载缓存不同的key，设置不同的过期时间，让缓存失效的时间点尽量均匀。