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周末在家面試，和候選人聊到Redis的問題，于是問了他一個問題：你知道緩存穿透、緩存擊穿和緩存雪崩嗎?他們之間的區別是什么?分別怎么解決嗎?

面試結束后，女朋友好像有很多問號，于是來問我。

緩存穿透

要把這個問題講清楚，先舉個例子。

一個女孩子去門店買口紅，到了門店之后被告知她想要的那個色號已經沒有了。于是她要求店員去問總部還有沒有貨。總部發現這個色號也沒有了，于是女孩子就離開了。

過了一會另一個女孩子又來了，也想要購買同一個色號，店員就又總部問了一次。如此反復。

女孩子買口紅不僅需要門店幫忙查詢，還需要總部也進行盤貨。類似這種情況，在緩存領域有一個類似的概念叫做緩存穿透。

緩存穿透是指緩存服務器中沒有緩存數據，數據庫中也沒有符合條件的數據，導致業務系統每次都繞過緩存服務器查詢下游的數據庫，緩存服務器完全失去了其應用的作用。

 

緩存空值

解決多次詢問總部的方法比較簡單，如果口紅門店在幫第一個女孩子查詢之后，就記錄下來這個色號已經沒有了，下次其他女孩再來問這個色號的時候，直接告訴她沒貨了。

這樣就可以避免每次都驚動總部了。

在緩存中，之所以會發生穿透，就是因為緩存沒有對那些不存在的值得Key緩存下來，從而導致每次查詢都要請求到數據庫。

那么我們就可以為這些key對應的值設置為null并放到緩存中，這樣再出現查詢這個key 的請求的時候，直接返回null即可 。

但是還需要注意的就是需要有一個失效時間，因為如果不設置失效的話，如果哪天總部有貨了，門店還是當做沒貨的話，就會影響銷量了。

BloomFilter

很多時候，緩存穿透是因為有很多惡意流量的請求，這些請求可能隨機生成很多Key來請求查詢，這些肯定在緩存和數據庫中都沒有，那就很容易導致緩存穿透。

針對類似的情況，可以使用一個過濾器。

比如如果有一群人經常來門店問一些根本不存在的色號，比如五彩斑斕的黑，這些色號該品牌根本沒生產過的話，店員就可以直接告訴顧客不存在就行了，也不需要驚動總部。

在緩存穿透防治上常用的技術是布隆過濾器(Bloom Filter)。

布隆過濾器是一種比較巧妙的概率性數據結構，它可以告訴你數據一定不存在或可能存在，相比Map、Set、List等傳統數據結構它占用內存少、結構更高效。

對于緩存穿透，我們可以將查詢的數據條件都哈希到一個足夠大的布隆過濾器中，用戶發送的請求會先被布隆過濾器攔截，一定不存在的數據就直接攔截返回了，從而避免下一步對數據庫的壓力。

 

緩存擊穿

有一種比較特殊的情況，那就是如果某一個熱門色號的口紅剛好賣完了，這時候有很多顧客同時來咨詢要購買這個色號，那么門店內的多個售貨員可能分別給總部打電話咨詢是否有存貨。

或者如果有多家門店同時賣完了，那么總部接收到的咨詢量就會劇增。類似這種情況，在緩存領域有一個類似的概念叫做緩存擊穿。

緩存擊穿是指當某一key的緩存過期時大并發量的請求同時訪問此key，瞬間擊穿緩存服務器直接訪問數據庫，讓數據庫處于負載的情況。

異步定時更新

如果提前知道某一個色號比較暢銷的話，那就可以定時的咨詢總部是否還有存貨，定時的更新庫存情況就可以避免上面這種情況了。

在緩存處理上，同理，比如某一個熱點數據的過期時間是1小時，那么每59分鐘，通過定時任務去更新這個熱點key，并重新設置其過期時間。

互斥鎖

還有一種解決辦法，那就是如果很多顧客咨詢的是同一個色號的口紅，那么就先處理第一個用戶的咨詢，其他同樣請求的顧客先排隊等待。一直到店員從總部那里獲取到最新的庫存信息后，就可以安排其他人繼續購買了。

在緩存處理上，通常使用一個互斥鎖來解決緩存擊穿的問題。簡單來說就是當Redis中根據key獲得的value值為空時，先鎖上，然后從數據庫加載，加載完畢，釋放鎖。若其他線程也在請求該key時，發現獲取鎖失敗，則先阻塞。

緩存雪崩

如果門店內的多個色號的口紅同時售罄了，并且門店在這個時間點剛好也不知道總部有沒有庫存了，這時候如果有大量顧客來到門店購物的話，就會有更多的咨詢電話打到總部那里。

或者是門店突然出現問題了，不能提供服務了，很多顧客就可能自己打電話到總部咨詢庫存情況。類似這種情況，在緩存領域有一個類似的概念叫做緩存雪崩。

緩存雪崩是指當大量緩存同時過期或緩存服務宕機，所有請求的都直接訪問數據庫，造成數據庫高負載，影響性能，甚至數據庫宕機。

不同的過期時間

為了避免緩存雪崩，門店可以考慮給不同的色號的口紅預留不同的庫存，并且采用不同的頻率咨詢總部庫存情況，更新到門店中。這樣就可以避免突然同一個時間點所有色號都售罄。

為了避免大量的緩存在同一時間過期，可以把不同的key過期時間設置成不同的， 并且通過定時刷新的方式更新過期時間。

集群

為了避免門店出問題導致大量顧客直接打電話到總部，可以考慮開更多的門店，將用戶分流到多個店鋪中。

類似的，在緩存雪崩問題防治上面，一個比較典型的技術就是采用集群方式部署，使用集群可以避免服務單點故障。

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