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缓存穿透、击穿、雪崩
是什么
- 缓存击穿（Cache Breakdown）：缓存击穿是指热点数据的缓存 失效 ，大量并发请求同时查询该数据，导致请求直接冲击数据库，增加数据库压力。
黑板上的答案（缓存）被擦掉后，一百个小学生（请求）举手问老师（数据库）同一个问题，老师回答不过来了。
- 缓存雪崩 (Cache Avalanche)：缓存雪崩就是大量的缓存击穿共同发生，大量的缓存在同一时间失效，此时近乎于失去缓存，所有请求都会直接冲击数据库，可能会导致数据库当场宕机。
此时不是一百个了，是一万个小学生举手问老师一万个不同的问题，老师被吓到当场宕机。
- 缓存穿透（Cache Penetration）：缓存穿透是指查询的数据既不在缓存中，也不在数据库中，但用户仍然频繁请求该 非法 数据，导致请求直接穿透到数据库，增加数据库压力。
" 你有没有上帝？" " 没有 " " 你有没有下帝？" " 没有 " " 你有没有左帝？" " 没有 " " 你有没有右帝？" " 没有 " ……
缓存穿透包含缓存击穿，只是多了一个处理。
怎么处理
缓存击穿
重点是解决 重建热点数据 时避免数据库被多次查询的问题，其中就需要使用到 双重检查机制（Double Check）。我们可以在获取锁后 再次检查缓存，如果缓存已经被前一个请求填充，则直接返回缓存数据，而不需要查询数据库。
具体实现步骤：
- 请求查询缓存：
- 若命中缓存，则直接返回数据；
- 若缓存未命中，则尝试获取分布式锁。
- 获取锁失败的请求：
- 进入等待状态，直到获取到锁。
- 获取锁成功的请求：
- 在查询数据库前，再次检查缓存是否已经填充：
- 如果缓存已有值（说明前一个请求已经填充），直接返回缓存数据；
- 如果缓存仍然为空，则查询数据库，并将数据回填到缓存。
- 释放锁，后续请求可直接读取缓存。
示例：
缓存雪崩
缓存雪崩好解决，重点是让缓存的失效时间不一致，让缓存不会同一时间大批量的集体失效。因此缓存的失效时间要给一个随机数，之后的处理和缓存击穿一样。
缓存穿透
缓存穿透的问题是数据本身不存在，缓存永远无法命中，因此想要抵挡这种攻击，重点是过滤这种数据不存在的无效请求。而对于数据的存在性问题，布隆过滤器能够很好地实现。
布隆过滤器的基本原理：
首先我们有一堆数据：
然后使用一个二进制的数组，数组中元素的值都为 0：
然后设计一个算法，比如现有的 Hash 函数，取得数据的 key 的 Hash 值，将其作为数组的下标，将该下标的值修改为 1，如此就可以通过数组中元素的 0 或 1 来判断该数据是否存在了。
问题：
但是 Hash 值可能会重复，尤其是数据量大的情况下，这个问题其实也好解决，之前是用一个下标来判断数据的存在与否，那么现在用两个不同的 Hash 函数，得到两个不同的 Hash 值，只有两个下标的元素值都为 1 才放行，这样就能增加精确度，以此类推。
但是同时也要增加数组长度，否则数组中几乎所有元素都为 1，此时请求任意的数据都很可能会通过，这就叫布隆过滤器的 假阳性。解决这个问题就需要大力出奇迹了，只要数组长度够大，并且 Hash 函数的数量不会增加 CPU 压力即可。（一般都选择增加数组长度，因为占用空间也不会大的离谱，而且内存不值钱）
示例：
- 取得一组数据的 key 的两个 Hash 值。
- 将该下标的元素值修改为 1。
- 作者:林明菁
- 链接:https://blog.lxuan.fun/article/Cache_Breakdown_Avalanche_Penetration
- 声明:本文采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议，转载请注明出处。
