缓存的穿透、击穿和雪崩

缓存的穿透、击穿和雪崩

在缓存与数据库结合的系统架构中，穿透，击穿和雪崩是常见的问题，这里介绍它们产生的原因和解决方案。

穿透

出现原因：

当查询一个数据库中并不存在的数据时(我们暂时称为不合法查询)，缓存中肯定也不存在，所以就会去磁盘中查询数据库。
如果同时出现大量这种不合法查询查询，就会给数据库造成巨大压力，甚至压垮数据库。
例如，黑客恶意攻击，使用大量不存在的Id进行查询。

解决方案：

• 布隆过滤器：在缓存之前使用布隆过滤器，对数据建立哈希映射。查询时先通过布隆过滤器判断数据是否存在，若不存在则直接返回，这样空查询就不会去访问数据库。
• 缓存空值：当某个数据查询数据库也找不到时，在缓存中记录空值，并设置较短的过期时间。后续相同的访问可以直接通过缓存拦截，直接返回空值，减少了对数据库的压力。

击穿

出现原因：

有一个热点key，有大量的并发的请求同时进行访问。当它缓存过期的瞬间，这些请求会绕过缓存之间查询数据库，瞬间对数据库造成巨大压力。
例如，电商的秒杀活动，当某个热门商品的缓存过期，大量用户同时查询该商品信息，查询请求都打到数据库上。

• 互斥锁：缓存过期时，只允许一个线程去访问数据库并更新缓存，此时其他线程需要等待。当该线程更新缓存后，释放锁，其他线程可以继续访问。
• 永不过期：对热点数据设置永不过期，但需要在数据发生变化时更新缓存。或者采用定时的异步缓存，保证数据一致性。

雪蹦

出现原因：

某个时间段内，大量缓存同时过期，这些请求大量涌入数据库，给数据库造成巨大压力，甚至宕机。
例如，系统中为所有缓存设置相同的过期时间，在过期时刻所有的请求都直接查询数据库。

• 随机过期时间
• 采用多级缓存：例如，一级缓存使用Redis，二级缓存采用本地缓存，这样一级缓存失效时二级缓存也有可能命中，减少数据库的压力。