缓存穿透（Cache Penetration）

什么是缓存穿透？

缓存穿透是指恶意或无效的请求导致缓存无法命中，从而每个请求都需要访问数据库。这可能发生在请求的数据根本不存在于缓存和数据库中。

缓存穿透解决方案

• 使用布隆过滤器（Bloom Filter）：用于过滤掉不存在于数据库中的请求，从而避免对数据库的无效访问。
• 缓存空值（缓存空对象）：对于查询结果为空的情况，仍将空结果缓存，但设置较短的过期时间，避免频繁的空查询请求

布隆过滤器优缺点

优点：

• 节省空间：不需要存储数据本身，只需要存储数据对应hash比特位
• 时间复杂度低：插入和查找的时间复杂度都为O(k)，k为哈希函数的个数

缺点：

• 存在假阳性：布隆过滤器判断存在，可能出现元素不在集合中；判断准确率取决于哈希函数的个数
• 不能删除元素：如果一个元素被删除，但是却不能从布隆过滤器中删除，这也是造成假阳性的原因了

布隆过滤器适用场景

• 爬虫系统url去重
• 垃圾邮件过滤
• 黑名单

缓存击穿（Cache Miss）

什么是缓存击穿？

缓存击穿是指某个热点数据失效，而恰好在此时有大量请求同时访问该数据，导致这些请求都直接访问数据库，增加数据库负载。

解决方案

• 加锁（Mutex Locking）：当缓存失效时，只允许一个请求进入数据库查询，其他请求等待查询结果。这可以通过互斥锁来实现。
• 设置短期过期时间：对于热点数据，缓存可以设置较短的过期时间，避免大量请求同时访问失效的数据。
• 使用异步更新缓存：缓存失效时，不立即从数据库查询，而是通过异步任务去查询并更新缓存，避免同时访问数据库。

缓存雪崩（Cache Avalanche）

什么是缓存雪崩？

缓存雪崩是指在某个时间段内，大量缓存失效或同时过期，导致大量请求直接访问后端数据库，从而造成数据库压力剧增，甚至导致系统崩溃。这通常发生在缓存的失效时间设置过于集中，或者在某种外部因素（如服务器重启、缓存层故障）影响下。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。

缓存雪崩的解决方案

• 合理分散过期时间：将缓存的过期时间分散开，避免大量缓存在同一时间失效。
• 使用热点数据预加载：提前加载热门数据到缓存，降低缓存失效带来的影响。
• 采用多级缓存：使用多个缓存层，如内存缓存 + 分布式缓存，以减轻单一缓存层失效的影响

缓存预热

什么是缓存预热？

缓存预热就是系统上线后，将相关的缓存数据直接加载到缓存系统，这样就可以避免在用户请求的时候，先查询数据库，然后再将数据回写到缓存。

如果不进行预热， 那么 Redis 初始状态数据为空，系统上线初期，对于高并发的流量，都会访问到数据库中， 对数据库造成流量的压力。

缓存预热的操作方法

• 数据量不大的时候，工程启动的时候进行加载缓存动作；
• 数据量大的时候，设置一个定时任务脚本，进行缓存的刷新；
• 数据量太大的时候，优先保证热点数据进行提前加载到缓存。

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