缓存三大问题总结：雪崩、击穿、穿透

一、缓存雪崩

1. 什么是缓存雪崩

缓存雪崩是指在某一时刻，大量的缓存数据同时失效，导致大量的请求直接打到数据库上，从而引发数据库的压力激增，可能导致整个系统的崩溃，这种现象被称为缓存雪崩。

2. 缓存雪崩的产生原因

缓存雪崩通常由于缓存的过期策略或者缓存服务器的故障导致。例如，如果我们将大量的缓存数据设置为在同一时间点过期，那么在这个时间点，这些缓存数据将同时失效，导致大量的请求直接打到数据库上，从而可能引发缓存雪崩。

3. 缓存雪崩有什么影响

缓存雪崩的影响是灾难性的。由于大量的请求直接打到数据库上，数据库的压力激增，可能导致数据库崩溃，从而影响整个系统的正常运行。在极端情况下，可能导致整个系统的崩溃。

4. 缓存雪崩的防范策略

防止缓存雪崩的策略主要有以下几种：

• 设置不同的过期时间： 通过为每个缓存项设置稍微不同的过期时间，可以避免大量的缓存数据同时失效。
• 使用热备份： 可以使用热备份的缓存服务器，当主缓存服务器出现问题时，可以立即切换到备份服务器。
• 数据预热： 在缓存数据过期前，提前将数据加载到缓存中，避免缓存数据的同时失效。
• 使用限流和熔断机制： 通过限流和熔断机制，可以防止数据库被大量的请求打垮。

二、缓存击穿

1. 什么是缓存击穿

缓存击穿是指一个存在的数据在缓存中过期，导致所有的请求都直接打到数据库，造成数据库短时间内压力过大。这种现象被称为缓存击穿。

2. 缓存击穿的产生原因

缓存击穿通常发生在一个热点数据的缓存过期的时候。由于这个数据非常热门，所以在缓存过期的瞬间，大量的请求会直接打到数据库。

3. 缓存击穿有什么影响

缓存击穿会导致大量的请求直接访问数据库，从而增加数据库的负载，可能会导致数据库性能下降，甚至崩溃。

4. 缓存击穿的防范策略

防止缓存击穿的策略主要有以下几种：

• 设置热点数据永不过期： 对于一些访问频率非常高的热点数据，可以设置为永不过期，这样就可以避免因为缓存过期而导致的缓存击穿。
• 使用互斥锁： 当缓存失效的时候，不是立即去load db，而是先使用缓存工具的某些带成功操作返回值的操作（比如Redis的SETNX或者Memcache的ADD）去set一个mutex key，当操作返回成功时，再去load db。这样可以防止大量的并发请求去数据库加载数据。

三、缓存穿透

1. 什么是缓存穿透

缓存穿透是指查询一个数据库中不存在的数据，由于缓存中也没有，所以每次查询都会直接访问数据库。如果有大量此类请求，就会对数据库造成很大压力，这种现象被称为缓存穿透。

2. 缓存穿透的产生原因

缓存穿透通常发生在查询一个数据库中不存在的数据时。由于缓存中也没有这个数据，所以每次查询都会直接访问数据库。如果有大量此类请求，就会造成缓存穿透。

3. 缓存穿透有什么影响

缓存穿透会导致大量的请求直接访问数据库，从而增加数据库的负载，可能会导致数据库性能下降，甚至崩溃。

4. 缓存穿透的防范策略

防止缓存穿透的策略主要有以下几种：

• 缓存空值： 即使数据库中没有某个值，也可以在缓存中存储一个空值或特殊标记，这样当查询这个值时，就可以直接从缓存中获取，而不需要访问数据库。
• 使用布隆过滤器： 布隆过滤器是一种空间效率极高的概率型数据结构，可以用来判断一个元素是否在一个集合中。我们可以将所有可能存在的数据哈希到布隆过滤器中，当查询一个数据时，先判断它是否在布隆过滤器中，如果不在，就可以直接返回，而不需要访问数据库。