大家好，我是老三，刷題刷煩了……
寫篇文章緩一下，分享一下老八股：快取擊穿、快取穿透、快取雪崩。
在瞭解這三大問題之前，我們要理解，常用的分散式快取Redis單機併發量能達到萬級，常用的關係型資料庫MySQL一般併發量是千級，他們支援的併發量可能差十倍，所以要儘可能把流量攔截在快取層。
為什麼呢？就像是大湖裡多排點水，就可能把小河道沖垮，不知道你聽過沒——長江之水天上來，白洋澱裡把不住。
快取擊穿
什麼是快取擊穿
先從快取擊穿開始。
快取擊穿： 一個併發訪問量比較大的key在某個時間過期，導致所有的請求直接打在DB上。
快取擊穿會增大資料庫的負載，我們看看怎麼緩解。
快取擊穿如何解決
加鎖更新
查詢快取，發現快取中不存在，加鎖，讓其它執行緒等待，只讓一個執行緒去更新快取。
非同步更新
還有一個可行的方案是把快取設定永不過期。那快取怎麼更新呢？通過非同步的方式去更新快取。
比如後臺設定一個守護執行緒定時更新快取，但這種定時比較難以把握。
非同步更新機制實際上更適合用於快取預熱。
快取穿透
什麼是快取穿透
快取穿透：快取穿透指的查詢快取和資料庫中都不存在的資料，這樣每次請求直接打到資料庫，就好像快取不存在一樣。
快取穿透將導致不存在的資料每次請求都要到儲存層去查詢，失去了快取保護後端儲存的意義。
快取穿透可能會使後端儲存負載加大，如果發現大量儲存層空命中，可能就是出現了快取穿透問題。
快取穿透可能有兩種原因：
- 自身業務程式碼問題
- 惡意攻擊，爬蟲造成空命中
我們來看看如何解決。
快取穿透如何解決
快取空值/預設值
一種方式是在資料庫不命中之後，把一個空物件或者預設值儲存到快取，之後再訪問這個資料，就會從快取中獲取，這樣就保護了資料庫。
快取空值有兩大問題：
-
空值做了快取，意味著快取層中存了更多的鍵，需要更多的記憶體空間（如果是攻擊，問題更嚴重），比較有效的
方法是針對這類資料設定一個較短的過期時間，讓其自動剔除。
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快取層和儲存層的資料會有一段時間視窗的不一致，可能會對業務有一定影響。
例如過期時間設定為5分鐘，如果此時儲存層新增了這個資料，那此段時間就會出現快取層和儲存層資料的不一致。
這時候可以利用訊息佇列或者其它非同步方式清理快取中的空物件。
布隆過濾器
除了快取空物件，我們還可以在儲存和快取之前，加一個布隆過濾器，做一層過濾。
布隆過濾器裡會儲存資料是否存在，如果判斷資料不不能再，就不會訪問儲存。
那布隆過濾器是什麼玩意兒？查詢它會不會很慢？
布隆過濾器是什麼？
不知道你對雜湊表瞭解多少，布隆過濾器是一個類似的東西。
它是一個連續的資料結構，每個儲存位儲存都是一個bit，即0或者1, 來標識資料是否存在。
儲存資料的時時候，使用K個不同的雜湊函式將這個變數對映為bit列表的的K個點，把它們置為1。
我們判斷快取key是否存在，同樣，K個雜湊函式，對映到bit列表上的K個點，判斷是不是1：
- 如果全不是1，那麼key不存在；
- 如果都是1，也只是表示key可能存在。
至於為什麼？因為雜湊函式是存在碰撞的可能的。
關於快取穿透的兩種主要解決方案，我們簡單對比一下：
快取雪崩
接下來我們看最嚴重的一種情況，快取雪崩。
什麼是快取雪崩
快取雪崩： 當某⼀時刻發⽣⼤規模的快取失效的情況，例如快取服務當機、大量key在同一時間過期，這樣的後果就是⼤量的請求進來直接打到DB上，可能導致整個系統的崩潰，稱為雪崩。
快取雪崩如何解決
快取雪崩是三大快取問題裡最嚴重的一種，我們來看看怎麼預防和處理。
提高快取可用性
- 叢集部署：通過叢集來提升快取的可用性，可以利用Redis本身的Redis Cluster或者第三方叢集方案如Codis等。
- 多級快取：設定多級快取，第一級快取失效的基礎上，訪問二級快取，每一級快取的失效時間都不同。
過期時間
- 均勻過期：為了避免大量的快取在同一時間過期，可以把不同的 key 過期時間隨機生成，避免過期時間太過集中。
- 熱點資料永不過期。
熔斷降級
- 服務熔斷：當快取伺服器當機或超時響應時，為了防止整個系統出現雪崩，暫時停止業務服務訪問快取系統。
- 服務降級：當出現大量快取失效，而且處在高併發高負荷的情況下，在業務系統內部暫時捨棄對一些非核心的介面和資料的請求，而直接返回一個提前準備好的 fallback（退路）錯誤處理資訊。
總結
一張圖總結：
參考：
[1]. 《Redis開發與運維》
[2]. 《極客時間 高併發系統設計四十問》
[5]. 布隆過濾器，沒那麼難