第7章 分布式系统架构 【补充：缓存穿透、缓存击穿与失效时的雪崩效应】

12、缓存穿透、缓存击穿与失效时的雪崩效应（补充）

参考自网络，具体出版忘记了

12.1 缓存穿透

描述：

缓存穿透是指缓存和数据库中都没有的数据，而用户不断发起请求。由于缓存是不命中时被动写的，并且出于容错考虑，如果从存储层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存储层去查询，失去了缓存的意义。

在流量大时，可能DB就挂掉了，要是有人利用不存在的key频繁攻击我们的应用，这就是漏洞。

如发起为id为“-1”的数据或id为特别大不存在的数据。这时的用户很可能是攻击者，攻击会导致数据库压力过大。

解决方案：

接口层增加校验，如用户鉴权校验，id做基础校验，id<=0的直接拦截；

从缓存取不到的数据，在数据库中也没有取到，这时也可以将key-value对写为key-null，缓存有效时间可以设置短点，如30秒（设置太长会导致正常情况也没法使用）。这样可以防止攻击用户反复用同一个id暴力攻击

12.2 缓存击穿

描述：

缓存击穿是指缓存中没有但数据库中有的数据（一般是缓存时间到期），这时由于并发用户特别多，同时读缓存没读到数据，又同时去数据库去取数据，引起数据库压力瞬间增大，造成过大压力。

解决方案：

1）设置热点数据永远不过期。

2）接口限流与熔断，降级。重要的接口一定要做好限流策略，防止用户恶意刷接口，同时要降级准备，当接口中的某些 服务  不可用时候，进行熔断，失败快速返回机制。

3）布隆过滤器。bloomfilter就类似于一个hash set，用于快速判某个元素是否存在于集合中，其典型的应用场景就是快速判断一个key是否存在于某容器，不存在就直接返回。布隆过滤器的关键就在于hash算法和容器大小，

4）加互斥锁，互斥锁参考代码如下：

public static String getData(String key) throws InterruptedException\
{
    //从缓存读取数据
    String result = getDataFromRedis(key); 
    //缓存中不存在数据.
    if (result == null)
    {
        //去获取锁，获取成功，去数据库取数据
        if (reenLock. tryLock())
        {
            //从数据获取数据	
            result = getDataFromMysql(key);
            //更新缓存数据
            if (result != null)
            {
                setDataToCache(key , result);
            }
            //释放锁
            reenLock .unlock();
        }
    }
    else
    {    //获取锁失败
        //暂停100ms再重新去获取数据
        Thread. sleep(100);
        result = getData(key);
    }
    return result;
}
           

说明：

1）缓存中有数据，直接走String result = getDataFromRedis(key); 后就返回结果了

2）缓存中没有数据，第1个进入的线程，获取锁并从数据库去取数据，没释放锁之前，其他并行进入的线程会等待100ms，再重新去缓存取数据。这样就防止都去数据库重复取数据，重复往缓存中更新数据情况出现。

3）当然这是简化处理，理论上如果能根据key值加锁就更好了，就是线程A从数据库取key1的数据并不妨碍线程B取key2的数据，上面代码明显做不到这点。

12.3 缓存雪崩

  描述：

缓存雪崩是指缓存中数据大批量到过期时间，而查询数据量巨大，引起数据库压力过大甚至down机。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，很多数据都查不到从而查数据库。

解决方案：

1）缓存数据的过期时间设置随机，防止同一时间大量数据过期现象发生。

2）如果缓存数据库是分布式部署，将热点数据均匀分布在不同搞得缓存数据库中。

3）设置热点数据永远不过期。

一般避免以上情况发生我们从三个时间段去分析下：

事前：Redis 高可用，主从+哨兵，Redis cluster，避免全盘崩溃。

事中：本地 ehcache 缓存 + Hystrix 限流+降级，避免 MySQL 被打死。

事后：Redis 持久化 RDB+AOF，一旦重启，自动从磁盘上加载数据，快速恢复缓存数据。