什么是缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩？

什么是缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩？

PS:这是多年黄历的老八股了，一定要理解清楚。

缓存击穿

缓存击穿指的是当一个具有高并发访问量的键（key）在某个时间点过期时，所有的请求直接访问数据库。

为了解决缓存击穿问题，可以采取以下策略：

• 加锁更新：例如，当请求查询某个键A时，如果发现缓存中不存在该键，可以对键A进行加锁，并同时去数据库查询数据，然后将查询结果写入缓存，并返回给用户。这样后续的请求就可以从缓存中获取数据了。
• 异步刷新过期时间：在值（value）中组合写入过期时间，并通过异步的方式不断刷新过期时间，防止缓存过期。

缓存穿透

缓存穿透指的是查询既不存在于缓存中，也不存在于数据库中的数据，导致每次请求直接访问数据库，就像缓存根本不存在一样。

缓存穿透会使得每次请求都需要查询存储层，失去了缓存保护后端存储的意义。它可能由以下两个原因导致：

1. 自身业务代码问题。
2. 恶意攻击，如爬虫造成的空命中。

针对缓存穿透问题，可以采取以下两种解决方案：

• 缓存空值/默认值：在数据库未命中后，将一个空对象或默认值保存到缓存中。这样，再次访问这个数据时，就可以从缓存中获取，从而保护了数据库。

缓存空值存在两个问题：

1. 存储更多的键：空值被缓存，意味着缓存层需要存储更多的键，占用更多的内存空间。如果是恶意攻击，则问题更加严重。对于这类数据，可以设置较短的过期时间，让其自动被清理。
2. 数据不一致：缓存层和存储层的数据可能会在一段时间窗口内不一致。例如，设置过期时间为5分钟，如果此时存储层添加了这个数据，缓存层和存储层的数据就会不一致。可以利用消息队列或其他异步方式清理缓存中的空对象。

• 布隆过滤器：在存储和缓存之前引入布隆过滤器，用于进行一层过滤，判断数据是否存在。如果数据判断为不存在，就不再访问存储层。

缓存雪崩

缓存雪崩指的是在某一时刻发生大规模的缓存失效情况，例如缓存服务宕机或大量键在同一时间过期。这会导致大量请求直接打到数据库上，可能导致整个系统崩溃。

为了预防和处理缓存雪崩问题，可以采取以下策略：

• 提高缓存可用性：

  1. 集群部署：通过使用集群来提高缓存的可用性，可以使用Redis自身的Redis Cluster或第三方集群方案如Codis。
  2. 多级缓存：设置多级缓存，当第一级缓存失效时，访问第二级缓存，每个级别的缓存设置不同的失效时间。

• 过期时间：

  1. 均匀过期：为了避免大量缓存在同一时间过期，可以随机生成不同键的过期时间，避免过期时间集中在某一时刻。
  2. 热点数据永不过期。

• 熔断降级：

  1. 服务熔断：当缓存服务器宕机或响应超时时，为了防止整个系统出现雪崩，暂时停止业务服务访问缓存系统。
  2. 服务降级：在大量缓存失效、高并发和高负载的情况下，临时舍弃对一些非核心接口和数据的请求，直接返回预先准备好的 fallback（退路）错误处理信息。