什么是缓存击穿

转载自什么是缓存击穿

缓存击穿、缓存并发和缓存雪崩是常见的由于并发量大而导致的缓存问题，本节讲解其产生原因和解决方案。

缓存击穿通常是由恶意攻击或者无意造成的；缓存并发是由设计不足造成的；缓存雪崩是由缓存同时失效造成的，三种问题都比较典型，也是难以防范和解决的。本节给出通用的解决方案，以供在缓存设计的过程中参考和使用。

缓存击穿

缓存击穿指的是使用不存在的key进行大量的高并发查询，这导致缓存无法命中，每次请求都要击穿到后端数据库系统进行查询，使数据库压力过大，甚至使数据库服务被压死。

我们通常将空值缓存起来，再次接收到同样的查询请求时，若命中缓存并且值为空，就会直接返回，不会透传到数据库，避免缓存击穿。当然，有时恶意袭击者可以猜到我们使用了这种方案，每次都会使用不同的参数来查询，这就需要我们对输入的参数进行过滤，例如，如果我们使用ID进行查询，则可以对ID的格式进行分析，如果不符合产生ID的规则，就直接拒绝，或者在ID上放入时间信息，根据时间信息判断ID是否合法，或者是否是我们曾经生成的ID，这样可以拦截一定的无效请求。

当然，每个设计人员都应该对服务的可用性和健壮性负责，应该建设健壮的服务，让我们的服务像不倒翁一样，因此，我们需要对服务设计限流和熔断等功能，请参考《分布式服务架构：原理、设计与实战》中第1章关于微服务设计模式的内容。

缓存并发

缓存并发的问题通常发生在高并发的场景下，当一个缓存key过期时，因为访问这个缓存key 的请求量较大，多个请求同时发现缓存过期，因此多个请求会同时访问数据库来查询最新数据，并且回写缓存，这样会造成应用和数据库的负载增加，性能降低，由于并发较高，甚至会导致数据库被压死。

我们通常有3种方式来解决这个问题。

分布式锁

使用分布式锁，保证对于每个key同时只有一个线程去查询后端服务，其他线程没有获得分布式锁的权限，因此只需要等待即可。这种方式将高并发的压力转移到了分布式锁，因此对分布式锁的考验很大。

本地锁

与分布式锁类似，我们通过本地锁的方式来限制只有一个线程去数据库中查询数据，而其他线程只需等待，等前面的线程查询到数据后再访问缓存。但是，这种方法只能限制一个服务节点只有一个线程去数据库中查询，如果一个服务有多个节点，则还会有多个数据库查询操作，也就是说在节点数量较多的情况下并没有完全解决缓存并发的问题。

软过期

软过期指对缓存中的数据设置失效时间，就是不使用缓存服务提供的过期时间，而是业务层在数据中存储过期时间信息，由业务程序判断是否过期并更新，在发现了数据即将过期时，将缓存的时效延长，程序可以派遣一个线程去数据库中获取最新的数据，其他线程这时看到延长了的过期时间，就会继续使用旧数据，等派遣的线程获取最新数据后再更新缓存。

也可以通过异步更新服务来更新设置软过期的缓存，这样应用层就不用关心缓存并发的问题了。