一分钟get：缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩 - 第304篇
相关历史文章（阅读本文之前，您可能需要先看下之前的系列）
国内最全的Spring Boot系列之三
「世界上最好的学习法：费曼学习法」
高并发，不怕不怕「限流算法第一把法器：计数器法」 - 第300篇
精度不够，滑动时间来凑「限流算法第二把法器：滑动时间窗口算法」- 第301篇
没有预热，不叫高并发「限流算法第三把法器：令牌桶算法」- 第302篇
水满自溢「限流算法第四把法器：漏桶算法」- 第303篇
悟纤：师傅，我前几天去面试，被面试官虐的不行。
师傅：是不是觉得面试官虐你千百遍，你还得待她为初恋。
悟纤：可不，我还不敢说啥，还得好好说话。
师傅：缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩，这些名词那是高大上上档次，但是实际实际很简单的。你要不会，待为师用我帅帅的姿势和你讲解下。
悟纤：师傅，那还不赶紧来。听完课还要出去浪呐！
一、缓存架构图
（1）在没有引入缓存的时候，我们请求的数据都是上数据库直接查询了。
（2）引入缓存之后，我们在获取数据时会先去缓存看看有没有缓存数据，有直接返回，没有上数据库进行查询，然后设置到缓存中，再进行返回。
（3）并不是所有的数据都要放到缓存中了：访问频率低的、读少写多的、一致性要求高的，这些就不要缓存了。
二、缓存穿透、击穿、雪崩
2.1 缓存穿透
师傅：纳尼，不是做缓存了，怎么还一直请求到数据库？
悟纤：你不会告诉我这就是缓存穿透吧？
师傅：是的，这就是缓存穿透造成的结果。
师傅：我们先来看下缓存穿透的定义吧，如下：
缓存穿透：在高并发下，查询一个不存在的值时，缓存不会被命中，导致大量请求直接落到数据库上，如活动系统里面查询一个不存在的活动。
师傅：这个名词取的多形象呐，缓存穿透。
师傅：你从何而来，要到到何处，从缓存过来，到数据库去。直接从缓存穿、透过去了，有点是绕开了缓存的意思。
悟纤：师傅这是一语道破天机呐。
师傅：简单说就是，
缓存穿透：请求未命中缓存，直接到数据库，这就是缓存穿透。比如：查询一个不存在的值的时候，如发起为id为“-1”的数据或id为特别大不存在的数据
师傅：明白了，一箭穿心，就是直接从缓存系统传过去，透到数据库，就是缓存穿透。
2.2 缓存击穿
师傅：理解了缓存击穿，接下来咱们来讲缓存击穿，注意这两个差别。
师傅：缓存穿透是查询一个不存在的数据，导致每次都打到数据库上了。缓存击穿，是确实在缓存有数据，我很用心的给你传了一个活动id = 666的。
悟纤：那怎么还会有问题呐？这不是很好嘛，每次请求都命中缓存了，使用率很高耶。
师傅：师傅，徒儿你还是太嫩了，还得在吃几年草。
悟纤：师傅，你又逗徒儿开心了，我不是你的小宝贝嘛。
师傅：(*^▽^*) ， 你想想缓存是有失效时间的吧，那么如果缓存刚好到期了，而此时有一万个麒麟臂向你扑面而来，哦，不，是有大量请求过来，直接打到了数据库。看看定义吧：
缓存击穿：缓存中的一个Key(比如一个促销商品)，在某个时间点过期的时候，恰好在这个时间点对这个Key有大量的并发请求过来，这些请求发现缓存过期一般都会从后端DB加载数据并回设到缓存，这个时候大并发的请求可能会瞬间把后端DB压垮。
师傅：一般这样的key都是热点key，玩过秒杀，秒杀中的key就是热点key。
悟纤：师傅我懂了，就是热点key在高并发下刚好过期了，这些秒级请求直接打到数据库，如果数据库处理不过来，那就挂了。
师傅：嗯嗯，很对，所以缓存击穿简单理解就是：
缓存击穿：热点key，缓存过期，直击数据库。比如：秒杀活动的时候，大量用户进行抢购某个商品，而此时刚好key过期了，那么这些请求就直接命中到数据库了。
师傅：我们在来从词理解下这个意思。你看缓存击穿，何谓击穿，不就是有一个东西顶着，然后没顶住，就穿过去了嘛。请求击倒缓存，缓存碰巧开小差了下，就穿到数据库了。
2.3 缓存雪崩
师傅：我们先理解下雪崩的意思，大量雪体崩塌，这种自然想象就是雪崩。
悟纤：这个我也知道，那和我们的缓存有什么关系呢。
师傅：你看，大量雪对应缓存中的就是大量的key，崩塌就是缓存过期失效了，这就造成缓存雪崩了，直接请求到数据库了，同样的我们看下定义。
缓存雪崩：大量的缓存key在同一时间失效，导致大量的请求落到数据库上，如活动系统里面同时进行着非常多的活动，但是在某个时间点所有的活动缓存全部过期。
BTW：击穿与雪崩的区别即在于击穿是对于某一特定的热点数据来说，而雪崩是全部数据。
三、缓存穿透、击穿、雪崩进阶理解
3.1 理解一
师傅：徒儿，你看我们上面介绍的定义，发现什么规律没有？
悟纤：递进关系。
师傅：也有点那么点关系，上面在介绍的是从无到有，再到多的一种方式。
师傅：来，跟上师傅的思路，当我们正常使用缓存的时候，设置key,获取key。这个使用起来不会有啥问题，但是攻击者不乖哦，就不按照正常路子来，要么不来，要么就多来了。
悟纤：师傅，你把我都整蒙了，请hello world的语言和我说下好不。
师傅：当“无key”的时候，也就是key不存在，这时候频繁请求，就会越过缓存，造成缓存穿透。
师傅：当“有一key”且很“火热”的时候，也就是热点key，这时候频繁请求，碰巧缓存过期了，就会造成缓存击穿。
师傅：当“有多key”的时候，也就是说大量的key，在同一时间失效了，欧侯，这时候就都请求到数据库了，这就会造成缓存雪崩了。
3.2 理解二
我们也可以这么理解，上面缓存的三种情况，就是在缓存在高并发下的并发问题。
高并发下，不停的访问一个不存在的key，造成请求绕过了缓存系统，请求落到了数据库，就造成了缓存穿透。
高并发下，不停的访问一个热点key，在缓存失效的时候，请求在此时落到了数据库，就造成了缓存击穿（缓存击穿，本来是有人挡着的，但是利用了缓存失效的间隙，进行了攻击）。
高并发下，大批量缓存的key同时失效，此时所有请求落到了数据库，造成数据库压力过大，这就是缓存雪崩。
四、缓存穿透、击穿、雪崩如何解决？
4.1 缓存穿透如何解决？
（1）在接口层增加校验，比如用户鉴权校验，参数做校验，不合法的参数直接代码Return，比如：id 做基础校验，id <=0的直接return。
（2）缓存NULL值，但是缓存NULL的时间不能太长，否则NULL数据长时间得不到更新，也不能太短，否则达不到防止缓存击穿的效果。
（3）布隆过滤器（Bloom Filter）：类似于哈希表的一种算法，用所有可能的查询条件生成一个bitmap，在进行数据库查询之前会使用这个bitmap进行过滤，如果不在其中则直接过滤，从而减轻数据库层面的压力。
4.2 缓存击穿如何解决？
（1）设置热点数据永远不过期。
（2）使用加互斥锁：对缓存查询加锁，如果KEY不存在，就加锁，然后查DB入缓存，然后解锁；其他进程如果发现有锁就等待，然后等解锁后返回数据或者进入DB查询。
public String get(key) {
String value = redis.get(key);
if (value == null) { //代表缓存值过期
//假设设置3min的超时，防止del操作失败的时候，下次缓存过期一直不能load db
if (redis.setnx(key_mutex, 1, 3 * 60) == 1) { //代表设置成功
value = db.get(key);
redis.set(key, value, expire_secs);
redis.del(key_mutex);
} else { //这个时候代表同时候的其他线程已经load db并回设到缓存了，这时候重试获取缓存值即可
sleep(50);
get(key); //重试
}
} else {
return value;
}
}
4.3 缓存雪崩如何解决？
（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）设置热点数据永远不过期。
五、悟纤小结
悟纤：师傅，你是在太牛逼了，终于知道你为哈要剃个光头了 —— 聪明绝顶了。
师傅：几天没打你，你这是又皮痒了吧。
悟纤：师傅，徒儿不敢，徒儿这本意是要表达对师傅的培养，不想词穷…
师傅：就你这机灵的脑瓜，如果用在学习上，你早就超过师傅了。
悟纤：师傅说的是，那我给师傅总结下今天讲的内容吧，以表我认真学习的决心。
（1）缓存穿透：查询一个不存在的值时，未命中缓存，直接落到了数据库。解决方案：接口校验、缓存NULL值、Bloom Filter。
（2）缓存击穿：热点key，缓存过期，直击数据库。解决方案：设置永不过期、加锁互斥获取数据。
（3）缓存雪崩：大量的缓存key在同一时间失效，导致大量请求落到数据库上。解决方案：设置用不过期、随机过期时间。
我就是我，是颜色不一样的烟火。
我就是我，是与众不同的小苹果。学院中有Spring Boot相关的课程：
à悟空学院：https://t.cn/Rg3fKJD
SpringBoot视频：http://t.cn/A6ZagYTi
Spring Cloud视频：http://t.cn/A6ZagxSR
SpringBoot Shiro视频：http://t.cn/A6Zag7IV
SpringBoot交流平台：https://t.cn/R3QDhU0
SpringData和JPA视频：http://t.cn/A6Zad1OH
SpringSecurity5.0视频：http://t.cn/A6ZadMBe
Sharding-JDBC分库分表实战：http://t.cn/A6ZarrqS
分布式事务解决方案「手写代码」：http://t.cn/A6ZaBnIr
JVM内存模型和性能调优：http://t.cn/A6wWMVqG
http://t.cn/A6wWMVqG