JAVA面試題之緩存擊穿、緩存穿透、緩存雪崩的三者區別

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前端發起一個請求，經歷過三次握手後連接到服務器，想要獲取相應的數據，那麼服務器接入瞭緩存中間件後，從接收到Request到最後的Response，到底是怎樣的一個流程呢？以下探討忽略掉參數校驗等邏輯，直接講最核心的鏈路。

調用鏈路 

一個請求Request過來，服務器首先和緩存中間件建立連接，傳輸對應key到緩存中間件中獲取相對應的數據，服務器拿到返回的結果後，判斷返回的結果是否有數據，如果有數據，則返回從緩存中拿到的結果。如果緩存中間件中沒有數據，則建立數據庫連接，訪問數據庫服務器，按照相應邏輯拿到返回結果，判斷結果中是否有數據，如果有則返回對應數據，如果沒有則按照業務場景要求，返回對應結果（一般為null或者new一個空對象）。

緩存擊穿

含義：

​ 什麼是緩存擊穿？通俗的講指的是緩存中沒有數據，但數據庫中有數據的場景。那為什麼緩存中會沒有數據呢？一般是由於設置瞭緩存時間導致緩存過期，所以沒有數據。那緩存找不到數據去數據庫查詢就好瞭呀，為啥又叫擊穿？是因為要查詢這個key對應的數據是一個熱點數據，並發訪問的量大，同時去查詢數據庫，導致數據庫壓力驟增，嚴重會打崩數據庫。

解決方案：

1、如果是不改變的數據，如一些常量值，則可以設置對應熱點key永不過期。

2、加上互斥鎖，防止同一臺服務器同一時間有多個連接訪問數據庫。

// 偽代碼
public class Main {
    // 雙重檢測鎖
    public static String getHotData(String key) {
        // 先從緩存中間件獲取對應熱點key數據
        String response = redis.get(key);
        // 緩存沒有數據
        if(Objects.isNull(response)) {
            // 保證一臺服務器同一時間隻有一個線程訪問
            synchronized (Main.class) {
                // 假設A線程訪問進synchronized裡，線程B, C阻塞在synchronsized外面
                // 線程A退出synchronized後，線程B和C應該從redis中拿而不是再訪問數據庫
                response = redis.get(key);
                // 訪問數據庫 拿到數據後 寫進redis中
                if(Objects.isNull(response)) {
                    response = loadDataFromMySQL(key);
                    redis.set(key, response);
                }
            }
        }
        return response;
    }
}

3、加上分佈式鎖，全局保證隻有一個線程訪問數據庫。

// 偽代碼
public class Main {

    // 分佈式唯一key
    public static String getHotData(String key, int tryTime) throws InterruptedException {
        if(tryTime >= 4) {
            return "";
        }

        // 先從緩存中間件獲取對應熱點key數據
        String response = redis.get(key);
        // 緩存沒有數據
        if(Objects.isNull(response)) {
            // 保證整個服務集群同一時間隻有一個線程訪問
            if (redis.tryLock()) {
                try {
                    // 訪問數據庫 拿到數據後 寫進redis中
                    if(Objects.isNull(response)) {
                        response = loadDataFromMySQL(key);
                        redis.set(key, response);
                    }
                } finally {
                    redis.unlock();
                }
            } else {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                getHotData(key, tryTime + 1);
            }
        }

        return response;
    }
}

緩存穿透

含義：

緩存穿透指的是緩存中間件和數據庫都沒有對應的數據，但是不斷接收到請求獲取該key的數據，導致數據庫壓力過大，甚至崩潰。

解決方案：

1、訪問數據庫也拿不到數據後，可以按照具體業務要求，在緩存層加上一個該key的值，設置一個過期時間，比如10s或者1min等。那為什麼不設不過期呢？第一個是說因為該key可能有對應的業務含義，有可能隻是該時間點還沒有數據，所以不能設置不過期；第二個是說如果真的是惡意訪問，那麼可能過一段時間就沒有類似請求，那麼我們沒有必要一直把該數據留在緩存裡。

2、增加校驗，如果是不符合預期的請求可以直接過濾，比如說緩存中存放瞭用戶信息，對應的緩存key是和id有關系，那麼如果你的id都是大於等於0的，對於小於0的id可以直接做過濾。

@Controller
public class Controller {
	@RequestMapping(value="/test")
	public String printHello(Integer id) {
        if(Objects.isNull(id) || id < 0) {
            return null;
        }
	
        // 處理對應邏輯
	}
}

緩存雪崩

含義：

緩存雪崩指的是在同一個時間點，緩存中的大批量數據過期，並且還都是熱點數據，導致同一時間並發壓力都打到瞭數據庫中，導致數據庫壓力驟增，甚至宕機。有的人就會問瞭，這和緩存擊穿不是一個意思嗎？緩存擊穿指的是並發查詢某條熱點key數據，緩存雪崩指的是大批量。出現場景之一是在某些核心頁面，該頁面的內容都放入瞭緩存，並且都設置瞭同樣的緩存時間。

解決方案：

1、最簡單的就是設置熱點數據不過期，但要結合對應業務場景來看。

2、在給每個熱點key設置過期時間時，加上一個隨機值，使得熱點數據離散開來，不會同一時間大批量過期。

3、使用緩存擊穿場景講到的互斥鎖、分佈式鎖。

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