什么是缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩及相应的解决方案

一、缓存处理流程

前台请求，后台先从缓存中取数据，取到直接返回结果，取不到时从数据库中取，数据库取到更新缓存，并返回结果，数据库也没取到，那直接返回空结果。

 

 

 

 

 

二、缓存穿透

描述：

缓存穿透是指缓存和数据库中都没有的数据，而用户不断发起请求，如发起为id为“-1”的数据或id为特别大不存在的数据。这时的用户很可能是攻击者，攻击会导致数据库压力过大。

解决方案：

1、采用布隆过滤器，将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中，一个一定不存在的数据会被 这个bitmap拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。

2、从缓存取不到的数据，在数据库中也没有取到，这时也可以将key-value对写为key-null，缓存有效时间可以设置短点，如30秒（设置太长会导致正常情况也没法使用）。这样可以防止攻击用户反复用同一个id暴力攻击

 

三、缓存击穿

描述：

缓存击穿是指缓存中没有但数据库中有的数据（一般是缓存时间到期），这时由于并发用户特别多，同时读缓存没读到数据，又同时去数据库去取数据，引起数据库压力瞬间增大，造成过大压力

解决方案：

1、设置热点数据永远不过期。
2、加互斥锁，互斥锁参考代码如下：

 

public static String getData(String key)
{
    //从缓存里面读取数据
    String result= getDataFromRedis(key);
    //缓存中如果不存在
    if(result == null)
    {    
        //去获取锁，获取成功，去数据库取数据
        if(reenLock.tryLock())
        {
            //从数据库获取数据
            result=getDataFromMyDB(key);
            
            //获取到数据更新缓存数据
            if(result != null)
            {
                setDataToCache(key,result);
            }
            //释放锁
            reenLock.unlock();
        }
        //获取锁失败
        else
        {
            //暂停100ms再去重新获取数据
            Thread.slepp(100);
            result =getDataFromRedis(key);
        }
    }
    return result;
}

 

说明：

1）缓存中有数据，直接走上述代码getDataFromRedis(key);就返回结果了

2）缓存中没有数据，第1个进入的线程，获取锁并从数据库去取数据，没释放锁之前，其他并行进入的线程会等待100ms，再重新去缓存取数据。这样就防止都去数据库重复取数据，重复往缓存中更新数据情况出现。

3）当然这是简化处理，理论上如果能根据key值加锁就更好了，就是线程A从数据库取key1的数据并不妨碍线程B取key2的数据，上面代码明显做不到这点。

 

四、缓存雪崩

描述：

缓存雪崩是指缓存中数据大批量到过期时间，而查询数据量巨大，引起数据库压力过大甚至down机。和缓存击穿不同的是， 缓存击穿指并发查同一条数据，缓存雪崩是不同数据都过期了，很多数据都查不到从而查数据库。

 

解决方案：

1、加锁或者队列的方式保证缓存的单线 程（进程）写，从而避免失效时大量的并发请求落到底层存储系统上

2、缓存数据的过期时间设置随机，防止同一时间大量数据过期现象发生。

3、如果缓存数据库是分布式部署，将热点数据均匀分布在不同搞得缓存数据库中。

4、设置热点数据永远不过期。

 

其中缓存击穿和雪崩提及到的解决方案均有：永不过期，这里包含两层意思

(1) 从redis上看，确实没有设置过期时间，这就保证了，不会出现热点key过期问题，也就是“物理”不过期。

(2) 从功能上看，如果不过期，那不就成静态的了吗？所以我们把过期时间存在key对应的value里，如果发现要过期了，通过一个后台的异步线程进行缓存的构建，也就是“逻辑”过期

String get(final String key) {  
        var v = redis.get(key);  
        String value = v.getValue();  
        long timeout = v.getTimeout();  
        if (v.timeout <= System.currentTimeMillis()) {  
            // 异步更新后台异常执行  
            threadPool.execute(new Runnable() {  
                public void run() {  
                    String keyMutex = "mutex:" + key;  
                    if (redis.setnx(keyMutex, "1")) {  
                        // 3 min timeout to avoid mutex holder crash  
                        redis.expire(keyMutex, 3 * 60);  
                        String dbValue = db.get(key);  
                        redis.set(key, dbValue);  
                        redis.delete(keyMutex);  
                    }  
                }  
            });  
        }  
        return value;  
}