十分鐘徹底掌握緩存擊穿、緩存穿透、緩存雪崩

寫篇文章緩一下，分享一下老八股：緩存擊穿、緩存穿透、緩存雪崩。

在了解這三大問題之前，我們要理解，常用的分布式緩存Redis單機並發量能達到萬級，常用的關系型數據庫MySQL一般並發量是千級，他們支持的並發量可能差十倍，所以要盡可能把流量攔截在緩存層。

為什麼呢？就像是大湖裏多排點水，就可能把小河道沖垮，不知道你聽過沒——長江之水天上來，白洋澱裏把不住。

本文目錄:

            緩存擊穿

什麼是緩存擊穿

緩存擊穿如何解决

           緩存穿透

什麼是緩存穿透

緩存穿透如何解决

         緩存雪崩

什麼是緩存雪崩

緩存雪崩如何解决

正文：

什麼是緩存擊穿

先從緩存擊穿開始。

緩存擊穿： 一個並發訪問量比較大的key在某個時間過期，導致所有的請求直接打在DB上。

緩存擊穿

緩存擊穿會增大數據庫的負載，我們看看怎麼緩解。

緩存擊穿如何解决

加鎖更新

查詢緩存，發現緩存中不存在，加鎖，讓其它線程等待，只讓一個線程去更新緩存。

加鎖更新

异步更新

還有一個可行的方案是把緩存設置永不過期。那緩存怎麼更新呢？通過异步的方式去更新緩存。

比如後臺設置一個守護線程定時更新緩存，但這種定時比較難以把握。

异步更新機制實際上更適合用於緩存預熱。

緩存穿透

什麼是緩存穿透

緩存穿透：緩存穿透指的查詢緩存和數據庫中都不存在的數據，這樣每次請求直接打到數據庫，就好像緩存不存在一樣。

緩存穿透

緩存穿透將導致不存在的數據每次請求都要到存儲層去查詢，失去了緩存保護後端存儲的意義。

緩存穿透可能會使後端存儲負載加大，如果發現大量存儲層空命中，可能就是出現了緩存穿透問題。

緩存穿透可能有兩種原因：

1. 自身業務代碼問題

2. 惡意攻擊，爬蟲造成空命中

我們來看看如何解决。

緩存穿透如何解决

緩存空值/默認值

一種方式是在數據庫不命中之後，把一個空對象或者默認值保存到緩存，之後再訪問這個數據，就會從緩存中獲取，這樣就保護了數據庫。

緩存空值

緩存空值有兩大問題：

1. 空值做了緩存，意味著緩存層中存了更多的鍵，需要更多的內存空間（如果是攻擊，問題更嚴重），比較有效的

   方法是針對這類數據設置一個較短的過期時間，讓其自動剔除。

2. 緩存層和存儲層的數據會有一段時間窗口的不一致，可能會對業務有一定影響。

   例如過期時間設置為5分鐘，如果此時存儲層添加了這個數據，那此段時間就會出現緩存層和存儲層數據的不一致。

   這時候可以利用消息隊列或者其它异步方式清理緩存中的空對象。

布隆過濾器

除了緩存空對象，我們還可以在存儲和緩存之前，加一個布隆過濾器，做一層過濾。

布隆過濾器裏會保存數據是否存在，如果判斷數據不不能再，就不會訪問存儲。

布隆過濾器過濾

那布隆過濾器是什麼玩意兒？查找它會不會很慢？

布隆過濾器是什麼？

不知道你對哈希錶了解多少，布隆過濾器是一個類似的東西。

它是一個連續的數據結構，每個存儲比特存儲都是一個bit，即0或者1, 來標識數據是否存在。

存儲數據的時時候，使用K個不同的哈希函數將這個變量映射為bit列錶的的K個點，把它們置為1。

布隆過濾器結構

我們判斷緩存key是否存在，同樣，K個哈希函數，映射到bit列錶上的K個點，判斷是不是1：

• 如果全不是1，那麼key不存在；

• 如果都是1，也只是錶示key可能存在。

至於為什麼？因為哈希函數是存在碰撞的可能的。

關於緩存穿透的兩種主要解决方案，我們簡單對比一下：

緩存空對象核布隆過濾器方案對比

緩存雪崩

接下來我們看最嚴重的一種情况，緩存雪崩。

什麼是緩存雪崩

緩存雪崩： 當某⼀時刻發⽣⼤規模的緩存失效的情况，例如緩存服務宕機、大量key在同一時間過期，這樣的後果就是⼤量的請求進來直接打到DB上，可能導致整個系統的崩潰，稱為雪崩。

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