【实战问题】-- 缓存穿透，缓存击穿和缓存雪崩的区别以及解决方案

平时我们使用缓存的方案，一般是在数据库中存储一份，在缓存中同步存储一份。当请求过来的视乎，可以先从缓存中取数据，如果有数据，直接返回缓存中的结果。如果缓存中没有数据，那么去数据库中取出数据，同时更新到缓存中，返回结果。如果数据库中也没有数据，可以直接返回空。

关于缓存，一般会有以下几个常见的问题

缓存穿透

缓存穿透是指，缓存和数据库都没有的数据，被大量请求，比如订单号不可能为-1，但是用户请求了大量订单号为-1的数据，由于数据不存在，缓存就也不会存在该数据，所有的请求都会直接穿透到数据库。
如果被恶意用户利用，疯狂请求不存在的数据，就会导致数据库压力过大，甚至垮掉。

注意：穿透的意思是，都没有，直接一路打到数据库。

那对于这种情况，我们该如何解决呢？

1. 接口增加业务层级的Filter，进行合法校验，这可以有效拦截大部分不合法的请求。
2. 作为第一点的补充，最常见的是使用布隆过滤器，针对一个或者多个维度，把可能存在的数据值hash到bitmap中，bitmap证明该数据不存在则该数据一定不存在，但是bitmap证明该数据存在也只能是可能存在，因为不同的数值hash到的bit位很有可能是一样的，hash冲突会导致误判，多个hash方法也只能是降低冲突的概率，无法做到避免。
3. 另外一个常见的方法，则是针对数据库与缓存都没有的数据，对空的结果进行缓存，但是过期时间设置得较短，一般五分钟内。而这种数据，如果数据库有写入，或者更新，必须同时刷新缓存，否则会导致不一致的问题存在。

缓存击穿

缓存击穿是指数据库原本有得数据，但是缓存中没有，一般是缓存突然失效了，这时候如果有大量用户请求该数据，缓存没有则会去数据库请求，会引发数据库压力增大，可能会瞬间打垮。

针对这类问题，一般有以下做法：

1. 如果是热点数据，那么可以考虑设置永远不过期。
2. 如果数据一定会过期，那么就需要在数据为空的时候，设置一个互斥的锁，只让一个请求通过，只有一个请求去数据库拉取数据，取完数据，不管如何都需要释放锁，异常的时候也需要释放锁，要不其他线程会一直拿不到锁。

下面是缓存击穿的时候互斥锁的写法，注意：获取锁之后操作，不管成功或者失败，都应该释放锁，而其他的请求，如果没有获取到锁，应该等待，再重试。当然，如果是需要更加全面一点，应该加上一个等待次数，比如1s中，那么也就是睡眠五次，达到这个阈值，则直接返回空，不应该过度消耗机器，以免当个不可用的场景把整个应用的服务器带挂了。

    public static String getProductDescById(String id) {
        String desc = redis.get(id);
        // 缓存为空，过期了
        if (desc == null) {
            // 互斥锁，只有一个请求可以成功
            if (redis.setnx(lock_id, 1, 60) == 1) {
                try {
                    // 从数据库取出数据
                    desc = getFromDB(id);
                    redis.set(id, desc, 60 * 60 * 24);
                } catch (Exception ex) {
                    LogHelper.error(ex);
                } finally {
                    // 确保最后删除，释放锁
                    redis.del(lock_id);
                    return desc;
                }
            } else {
                // 否则睡眠200ms，接着获取锁
                Thread.sleep(200);
                return getProductDescById(id);
            }
        }
    }

缓存雪崩

缓存雪崩是指缓存中有大量的数据，在同一个时间点，或者较短的时间段内，全部过期了，这个时候请求过来，缓存没有数据，都会请求数据库，则数据库的压力就会突增，扛不住就会宕机。

针对这种情况，一般我们都是使用以下方案：

1. 如果是热点数据，那么可以考虑设置永远不过期。
2. 缓存的过期时间除非比较严格，要不考虑设置一个波动随机值，比如理论十分钟，那这类key的缓存时间都加上一个1_{3分钟，过期时间在7}13分钟内波动，有效防止都在同一个时间点上大量过期。
3. 方法1避免了有效过期的情况，但是要是所有的热点数据在一台redis服务器上，也是极其危险的，如果网络有问题，或者redis服务器挂了，那么所有的热点数据也会雪崩（查询不到），因此将热点数据打散分不到不同的机房中，也可以有效减少这种情况。
4. 也可以考虑双缓存的方式，数据库数据同步到缓存A和B，A设置过期时间，B不设置过期时间，如果A为空的时候去读B，同时异步去更新缓存，但是更新的时候需要同时更新两个缓存。

比如设置产品的缓存时间：

redis.set(id,value,60*60 + Math.random()*1000);

小结

缓存穿透是指数据库原本就没有的数据，请求如入无人之境，直奔数据库，而缓存击穿，则是指数据库有数据，缓存也本应该有数据，但是突然缓存过期了，这层保护屏障被击穿了，请求直奔数据库，缓存雪崩则是指很多缓存同一个时间失效了，流量全部涌入数据库，造成数据库极大的压力。

【刷题笔记】
Github仓库地址：https://github.com/Damaer/codeSolution
笔记地址：https://damaer.github.io/codeSolution/

【作者简介】：
秦怀，公众号【秦怀杂货店】作者，技术之路不在一时，山高水长，纵使缓慢，驰而不息。个人写作方向：Java源码解析，JDBC，Mybatis，Spring，redis，分布式，剑指Offer，LeetCode等，认真写好每一篇文章，不喜欢标题党，不喜欢花里胡哨，大多写系列文章，不能保证我写的都完全正确，但是我保证所写的均经过实践或者查找资料。遗漏或者错误之处，还望指正。

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