缓存三问与缓存预热-如何预防缓存崩溃

一、缓存三剑客

（图片来源：什么是缓存雪崩、击穿、穿透？ | 小林coding）

1. 缓存穿透 (Cache Penetration)

• 又称"空缓存"
• 指用户请求的数据在缓存和数据库中都不存在,导致每次请求都去查询数据库,给数据库带来巨大压力。
• 解决办法：缓存无效key、布隆顾虑器、接口限流

1. 缓存击穿 (Cache Breakdown)

• 又称"热点Key"
• 指某个Key在缓存过期的瞬间,大量并发请求访问该Key,导致缓存被击穿,应用程序不得不从数据库加载数据，存在于数据库中，但不存在于缓存中 。
• 解决办法：

             1.设置热点数据永不过期或者过期时间比较长。

              2.针对热点数据提前预热，将其存入缓存中并设置合理的过期时间。

              3.请求数据库写数据到缓存之前，先获取互斥锁，保证只有一个请求会落到数据库上。

1. 缓存雪崩 (Cache Avalanche)

• 又称"缓存失效"
• 指大量缓存key在某时段集中失效,导致大量请求涌入数据库,引发数据库压力过大甚至系统崩溃。
• 解决办法：

           1.采用 Redis 集群，避免单机出现问题整个缓存服务都没办法使用。

            2.限流，避免同时处理大量的请求。

            3.设置不同的失效时间比如随机设置缓存的失效时间。

二、缓存击穿

【热点数据：通常会有几个数据会被频繁地访问，比如秒杀活动，这类被频地访问的数据】

如果缓存中的某个热点数据过期了，此时大量的请求访问了该热点数据，就无法从缓存中读取，直接访问数据库，数据库很容易就被高并发的请求冲垮，这就是缓存击穿的问题。可以认为缓存击穿是缓存雪崩的一个子集。

（图片来源：什么是缓存雪崩、击穿、穿透？ | 小林coding）

三、缓存穿透

当用户访问的数据，既不在缓存中，也不在数据库中，导致请求在访问缓存时，发现缓存缺失，再去访问数据库时，发现数据库中也没有要访问的数据，没办法构建缓存数据，来服务后续的请求。那么当有大量这样的请求到来时，数据库的压力骤增，这就是缓存穿透的问题。

（图片来源：什么是缓存雪崩、击穿、穿透？ | 小林coding）

四、缓存雪崩

当大量缓存数据在同一时间过期（失效）或者 Redis 故障宕机时，如果此时有大量的用户请求，都无法在 Redis 中处理，于是全部请求都直接访问数据库，从而导致数据库的压力骤增，严重的会造成数据库宕机，从而形成一系列连锁反应，造成整个系统崩溃，这就是缓存雪崩的问题。

（图片来源：什么是缓存雪崩、击穿、穿透？ | 小林coding）

五、缓存预热

缓存预热是一种在应用程序启动或缓存失效之后，主动将热点数据加载到缓存中的策略。这样，在实际请求到达应用程序时，热点数据已经存在于缓存中，从而减少了缓存未命中的情况，提高了应用程序的响应速度。

缓存预热的主要作用和目的如下：

1. 提高缓存命中率：通过预先加载热点数据，缓存预热可以提高缓存的命中率，从而减少对后端数据源（如数据库）的访问，降低系统的负载。
2. 保持应用程序性能稳定：在应用程序启动或缓存失效之后，缓存预热可以防止请求对后端数据源产生突然的压力，从而保持应用程序的性能稳定。
3. 优化用户体验：由于热点数据已经存在于缓存中，用户在请求这些数据时能获得更快的响应速度，从而提高用户体验。

1. 缓存预热可以帮助避免缓存穿透问题。

   • 通过提前将可能被访问的数据预热到缓存中,可以确保首次访问就能命中缓存,不会直接访问到数据库。

2. 缓存预热可以缓解缓存击穿问题。

   • 如果某个热点数据被提前加载到缓存中,即使该缓存在到期的瞬间大量并发访问,也不会直接击穿缓存。

3. 缓存预热有助于减少缓存雪崩的风险。

   • 通过定期预热缓存,可以保证缓存中始终有足够的数据,即使部分缓存失效也不会对系统造成太大冲击。

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