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缓存穿透

缓存系统，一般流程都是按照key去查询缓存，如果不存在对应的value，就去后端系统（例如：持久层数据库）查找。如果key对应的value是一定不存在的，并且对该key并发请求量很大，就会对后端系统造成很大的压力，这就叫做缓存穿透。

正常请求：

正常请求

缓存击穿时：

缓存击穿

如何避免

1. 缓存空结果

对查询结果为空的情况进行缓存，缓存时间设置短一点，或者该key对应的数据insert了之后清理缓存。

2. 布隆过滤器

采用布隆过滤器，guava有实现api，或者使用redis的bitmap。将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中，一个一定不存在的数据会被这个bitmap拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。布隆过滤器对于固定的数据可以起到很好的效果，但是对于频繁更新的数据，布隆过滤器的构建会面临很多问题。另外布隆过滤器是有判断误差的，网上有很多详细的介绍，请读者自行搜索即可。

布隆过滤器

缓存雪崩

当缓存服务器重启或者大量缓存集中在某一个时间段失效，这样在失效的时候，也会给后端系统(比如DB)带来很大压力。

如何避免

1. 互斥锁

在缓存失效后，通过加锁或者队列来控制读数据库写缓存的线程数量。比如对某个key只允许一个线程查询数据和写缓存，其他线程等待。

互斥锁

如果是单机，可以用synchronized或者lock来处理，如果是分布式环境就需要使用分布式锁。

使用互斥锁，代码如下，仅适用redis2.6.1以后支持setnx的版本。在缓存失效的时候(判断拿出来的值为空)，不是立即去load db，而是先使用redis的setnx操作去set一个mutex key。当操作返回成功时，再进行load db的操作并回设缓存，否则，就重试整个get缓存的方法。

互斥锁

public String get(key) {
 List<String> resultList = (List<String>)redisTemplate.opsForValue().get(key);
 if(CollectionUtils.isEmpty(resultList)){
 final String mutexKey = key + "_lock";
 boolean isLock = (Boolean) redisTemplate.execute(new RedisCallback() {
 @Override
 public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
 //只在键key不存在的情况下，将键key的值设置为value,若键key已经存在，则 SETNX 命令不做任何动作
 //命令在设置成功时返回 1 ， 设置失败时返回 0
 return connection.setNX(mutexKey.getBytes(),"1".getBytes());
 }
 });
 if(isLock){
 //设置成1秒过期
 redisTemplate.expire(mutexKey, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
 resultList = getValueBySql(key);
 redisTemplate.opsForValue().set(key, resultList, 1000, TimeUnit.SECONDS);
 redisTemplate.delete(mutexKey);
 }else{
 //线程休息50毫秒后重试
 Thread.sleep(50);
 retryCount--;
 System.out.println("=====进行重试，当前次数:" + retryCount);
 if(retryCount == 0){
 System.out.println("====这里发邮件或者记录下获取不到数据的日志，并为key设置一个空置防止重复获取");
 List<String> list = Lists.newArrayList("no find");
 redisTemplate.opsForValue().set(key, list, 1000, TimeUnit.SECONDS);
 return list;
 }
 return getCacheSave2(key,retryCount);
 }
 }
 return resultList;
}

2. 设置随机过期时间

不同的key，设置不同的过期时间，让缓存失效时间分散开，比如可以在原有的失效时间基础上增加一个随机值，比如1-5分钟随机，这样每一个缓存的过期时间的重复率就会降低。

3. 设置二级缓存

做二级缓存，A1为原始缓存，A2为拷贝缓存，A1失效时，可以访问A2，A1缓存失效时间设置为短期，A2设置为长期

4. “永远不过期”

“永远不过期”包含两层意思：

1. 从redis上看，确实没有设置过期时间，这就保证了，不会出现热点key过期问题，也就是“物理”不过期。
2. 从功能上看，把过期时间存在key对应的value里，如果发现要过期了，通过一个后台的异步线程进行缓存的构建，也就是“逻辑”过期。

“永远不过期”

这种方法对于性能非常友好，唯一不足的就是构建缓存时候，其余线程(非构建缓存的线程)可能访问的是老数据，但是对于一般的互联网功能来说这个还是可以忍受。

缓存预热

有效应对缓存的击穿和雪崩的一种方式是缓存预热。

缓存预热就是系统上线前，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，然后再将数据缓存的问题，用户直接查询事先被预热的缓存数据。

解决思路

1. 直接写个缓存刷新页面，上线时手工操作下。
2. 数据量不大，可以在项目启动的时候自动进行加载。
3. 定时刷新缓存。

限流

有效应对缓存的击穿和雪崩的另一种方式是限流。

在缓存失效后，通过队列来控制读数据库写缓存的线程数量。比如对某个key只允许一个线程查询数据和写缓存，其他线程等待。

常见的限流算法

1. 固定时间窗口算法（计数器）
2. 滑动时间窗口算法
3. 令牌桶算法
4. 漏桶算法

有关限流算法的详细介绍，请点击查看高并发系统的限流算法与实现

总结

缓存穿透、击穿和雪崩是以预防为主、补救为辅，而在应对缓存的问题其实也没有一个完全完美的方案，只有最适合自己业务系统的方案。

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