缓存穿透、雪崩、击穿

by: wendy 彭舒婷 2020-02-11

保护私人版权，尊重他人版权。转载请注明出处并附带页面链接

缓存穿透

定义

缓存穿透，是指查询一个数据库一定不存在的数据。正常的使用缓存流程大致是，数据查询先进行缓存查询，当key不存在或者key已经过期，再对数据库进行查询，并把查询到的数据放进缓存。如果数据库查不到数据则不写入缓存，这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询，造成缓存穿透。

解决

对查询结果为空的情况也进行缓存，缓存时间设置短一点，

注意：该key对应的数据insert了之后清理缓存
布隆过滤器——对一定不存在的key进行过滤。把所有的可能存在的key放到一个大的Bitmap中，查询时通过该bitmap过滤，从而避免了对底层数据库的查询压力。

缓存雪崩

定义

指在设置缓存时采用了相同的过期时间，导致缓存在某一时刻同时失效，导致所有的查询都落在数据库上，造成了缓存雪崩。

解决

缓存失效后，通过加锁或者队列控制读数据库写缓存的线程数。比如对某个key只允许一个线程查询和写缓存，其他线程等待。
缓存reload机制，预先去更新缓存，在即将发生大并发访问前手动触发加载缓存。
不同的key，设置不同的过期时间，让缓存失效的时间点尽量均匀。
二级缓存。A1为原始缓存，A2为拷贝缓存，A1缓存失效时间设置为短期，A2设置为长期，当A1失效时，A1加锁只有 1 个线程获取到锁,这个线程查询数据库并更新到到 A1 缓存和 A2 缓存中, 其他线程从A2获取数据返回

注意：主要是通过避免缓存同时失效并结合锁机制实现。 A2缓存中可能会存在脏数据，需要业务能够容忍这种短时间的不一致。而且，这种方案可能会造成额外的缓存空间浪费。

缓存击穿

定义

由于缓存是不命中时需要从数据库查询，查不到数据则不写入缓存，这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询，造成缓存穿透

是指一个key非常热点，在不停的扛着大并发，大并发集中对这一个点进行访问，当这个key在失效的瞬间，持续的大并发就穿破缓存，直接请求数据库可能瞬间压垮DB。

和缓存雪崩的区别：缓存击穿针对某一key缓存，缓存雪崩则是很多key

解决

起定时任务专门主动更新缓存数据——永不过期

注：这种方案比较容易理解，但会增加系统复杂度。比较适合那些 key 相对固定,cache 粒度较大的业务，key 比较分散的则不太适合，实现起来也比较复杂。

检查更新。将缓存key的过期时间(绝对时间)一起保存到缓存中，获取缓存时把缓存过期时间和当前系统时间相减，当小于某个阈值时主动更新（阶段性时间点高并发不适合）——永不过期
二级缓存。A1为原始缓存，A2为拷贝缓存，A1缓存失效时间设置为短期，A2设置为长期，当A1失效时，A1加锁只有 1 个线程获取到锁,这个线程查询数据库并更新到到 A1 缓存和 A2 缓存中, 其他线程从A2获取数据返回

互斥锁: 在缓存失效的时候，创建分布式锁成功后，再进行查询数据库并回设缓存；加锁失败则重试整个get缓存的方法

function getRedis($key) {
       // 从缓存读取数据
       $result = Redis::get($key);
       if (empty($result)) { //setex set(key, value, exTime); 60s, 第二次成功
           if (Redis::setnx($key. ':lock', 1, 10)) { //第二次失败
               //加锁成功，从DB获取数据库后写入缓存;
               $result = getDataFromDB();
               Redis::set($key, $result);       
               Redis::del($key. ':lock');// 释放锁
           } else {
               usleep(5000);
               return  Redis::get($key);
           }
       }
       return $result;
   }

提前互斥锁: 在value内部设置小于真实过期的时间的超时值timeout1。当从cache读取到timeout1发现它已经过期时候，马上延长timeout1并重新设置到cache。然后再从数据库加载数据并设置到cache中

function getRedis($key, $timeout = 60) {
        // 从缓存读取数据
        $result = Redis::get($key);
        if (empty($result)) {
            if (Redis::setnx($key. ':lock', 1, 3 * 60)) {
                //加锁成功，从DB获取数据库后写入缓存;
                $result = getDataFromDB();
                Redis::set($key, $result);       
                Redis::del($key. ':lock');// 释放锁
            } else {
                usleep(5000);
                return  Redis::get($key);
            }
        } else if ($result['timeout'] <= time()) {  
        	if (Redis::setnx($key. ':lock', 1, 3 * 60)) {  
            //延长timeout并重新保存  
            $result['timeout'] += 3 * 60 * 1000;  
            Redis::set(key, $result, $timeout * 2);  
  
            //加锁成功，从DB获取数据库后写入缓存;
             $result = getDataFromDB();
             $result['timeout'] = $timeout;
             Redis::set($key, $result);       
             Redis::del($key. ':lock');// 释放锁
        	} else {  
             	usleep(5000);
               return  Redis::get($key);
           }  
    	} 
        return $result;
    }