前言

大家好，我是田螺。

緩存穿透、緩存擊穿、緩存雪崩是經(jīng)典的老八股文啦，之前去面試一個(gè)銀行，就被問到啦，本文跟大家聊聊怎么回答哈~~

1.緩存穿透問題

先來看一個(gè)常見的緩存使用方式：

讀請(qǐng)求來了，先查下緩存，緩存有值命中，就直接返回；緩存沒命中，就去查數(shù)據(jù)庫，然后把數(shù)據(jù)庫的值更新到緩存，再返回。

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1.1 什么是緩存穿透問題

緩存穿透：指查詢一個(gè)一定不存在的數(shù)據(jù)，由于緩存是不命中時(shí)需要從數(shù)據(jù)庫查詢，查不到數(shù)據(jù)則不寫入緩存，這將導(dǎo)致這個(gè)不存在的數(shù)據(jù)每次請(qǐng)求都要到數(shù)據(jù)庫去查詢，進(jìn)而給數(shù)據(jù)庫帶來壓力。

通俗點(diǎn)說，讀請(qǐng)求訪問時(shí)，緩存和數(shù)據(jù)庫都沒有某個(gè)值，這樣就會(huì)導(dǎo)致每次對(duì)這個(gè)值的查詢請(qǐng)求都會(huì)穿透到數(shù)據(jù)庫，這就是緩存穿透。

1.2 緩存穿透產(chǎn)生原因

緩存穿透一般都是這幾種情況產(chǎn)生的：

• 業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)不合理:比如大多數(shù)用戶都沒開守護(hù)，但是你的每個(gè)請(qǐng)求都去查詢緩存，查詢某個(gè)userid有沒有開守護(hù)~
• 黑客非法請(qǐng)求攻擊：比如黑客故意捏造大量非法請(qǐng)求，以讀取不存在的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。
• 數(shù)據(jù)生命周期管理問題：某些數(shù)據(jù)被刪除后，緩存沒有及時(shí)更新，導(dǎo)致后續(xù)查詢穿透。

如何避免緩存穿透呢？ 一般有三種方法。

• 用戶請(qǐng)求進(jìn)行有效性檢查：它的核心思想是對(duì)請(qǐng)求參數(shù)進(jìn)行合法性校驗(yàn)，提前過濾掉明顯無效的請(qǐng)求。（主要包括數(shù)據(jù)格式校驗(yàn)、數(shù)據(jù)范圍校驗(yàn)、權(quán)限校驗(yàn)等等）
• 緩存空值：如果查詢數(shù)據(jù)庫為空，我們可以給緩存設(shè)置個(gè)空值，或者一個(gè)特殊標(biāo)記的默認(rèn)值，設(shè)置一個(gè)較短的過期時(shí)間，避免頻繁訪問數(shù)據(jù)庫。（業(yè)務(wù)上比較常用，簡(jiǎn)單有效）
• 使用布隆過濾器：快速判斷數(shù)據(jù)是否存在。即一個(gè)查詢請(qǐng)求過來時(shí)，先通過布隆過濾器判斷值是否存在，存在才繼續(xù)往下查。如果不存在，就不訪問數(shù)據(jù)庫啦~~

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布隆過濾器原理：它由初始值為0的位圖數(shù)組和N個(gè)哈希函數(shù)組成。一個(gè)對(duì)一個(gè)key進(jìn)行N個(gè)hash算法獲取N個(gè)值，在比特?cái)?shù)組中將這N個(gè)值散列后設(shè)定為1，然后查的時(shí)候如果特定的這幾個(gè)位置都為1，那么布隆過濾器判斷該key存在，否則不存在。

2.緩存雪崩問題

緩存雪崩：在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，大量緩存數(shù)據(jù)同時(shí)過期， 導(dǎo)致大量請(qǐng)求直接訪問數(shù)據(jù)庫，引起數(shù)據(jù)庫壓力過大甚至down機(jī)。

2.1 緩存雪崩常見原因

• 緩存設(shè)置了集中的過期時(shí)間：大量緩存數(shù)據(jù)設(shè)置了相同或者相似的過期時(shí)間，導(dǎo)致它們?cè)谕粫r(shí)間段內(nèi)集體過期。
• 緩存預(yù)熱不充分：系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)緩存數(shù)據(jù)加載不充分，導(dǎo)致大量請(qǐng)求直接訪問數(shù)據(jù)庫。
• 緩存服務(wù)器宕機(jī)：redis集群中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)宕機(jī)，導(dǎo)致大量緩存數(shù)據(jù)不可用

常見一些經(jīng)典場(chǎng)景：促銷活動(dòng)結(jié)束（大量商品緩存同時(shí)失效）、或者定時(shí)任務(wù)觸發(fā)（比如凌晨批量更新緩存，固定過期時(shí)間觸發(fā)雪崩）

2.2 如何解決緩存雪崩的問題

通過分散過期時(shí)間，是解決緩存雪崩最簡(jiǎn)單有效的解決方案~~

可通過均勻設(shè)置過期時(shí)間解決，即讓過期時(shí)間相對(duì)離散一點(diǎn)。如采用一個(gè)較大固定值+一個(gè)較小的隨機(jī)值，1小時(shí)+0到100秒醬紫。

Redis 故障宕機(jī)也可能引起緩存雪奔。這就需要構(gòu)造Redis高可用集群啦。比如redis主從、哨兵模式、集群模式（Redis cluster）。

當(dāng)然，還有最后的防線，就是限流和降級(jí)~~

3. 緩存擊穿問題

緩存擊穿是指某個(gè)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)在緩存中過期的同時(shí)，大量并發(fā)請(qǐng)求訪問該數(shù)據(jù)，導(dǎo)致這些請(qǐng)求直接訪問數(shù)據(jù)庫，造成數(shù)據(jù)庫壓力驟增。

緩存擊穿看著跟緩存雪崩有點(diǎn)像，其實(shí)它兩區(qū)別是：

• 緩存擊穿針對(duì)單個(gè)熱點(diǎn) Key，緩存雪崩針對(duì)大量Key或整個(gè)緩存服務(wù)
• 影響結(jié)果不一樣，緩存擊穿導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫短期壓力劇增；緩存雪崩則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫被壓垮

3.1 緩存擊穿常見原因

• 高并發(fā)場(chǎng)景，比如秒殺活動(dòng)呀，熱點(diǎn)新聞等
• 管理員手動(dòng)誤清除：運(yùn)維人員誤刪或主動(dòng)清理某個(gè)熱點(diǎn)Key（如商品價(jià)格調(diào)整），刪除后突發(fā)流量訪問。

3.2 緩存擊穿的解決方案

常見的解決方案：

• 使用互斥鎖方案。緩存失效時(shí)，不是立即去加載db數(shù)據(jù)，而是先使用某些帶成功返回的原子操作命令，如(Redis的setnx）去操作，成功的時(shí)候，再去加載db數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和設(shè)置緩存。否則就去重試獲取緩存。
• “永不過期”，是指沒有設(shè)置過期時(shí)間，但是熱點(diǎn)數(shù)據(jù)快要過期時(shí)，異步線程去更新和設(shè)置過期時(shí)間。
•  隨機(jī)過期時(shí)間，通過為熱點(diǎn)數(shù)據(jù)設(shè)置略有差異的過期時(shí)間，避免大量熱點(diǎn)數(shù)據(jù)同時(shí)失效