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缓存雪崩、缓存穿透、缓存预热、缓存更新、缓存降级

news 2025/7/5 13:29:26

定义：缓存雪崩是指大量缓存中的数据在同一时间过期，导致大量请求同时访问数据库，造成数据库压力骤增，甚至可能导致数据库崩溃。

原因：

应对策略：

设置过期时间加随机值：避免缓存的 key 在相同时间过期。比如，如果某个 key 设置过期时间为 1 小时，可以随机设置在 59 分钟到 61 分钟之间。
```
EXPIRE key 3600
```
分批过期：不同的数据设置不同的过期时间，避免同一时刻大量缓存失效。
提前加载缓存（缓存预热）：在应用启动时预加载热点数据到缓存中，减少初次使用时数据库的压力。

定义：缓存穿透是指查询一个缓存中和数据库中都不存在的数据（例如恶意请求或查询条件错误），导致每次请求都访问数据库，缓存无法发挥作用。

原因：

应对策略：

布隆过滤器（Bloom Filter）：布隆过滤器能够高效地判断某个数据是否存在于数据库中。通过在缓存之前进行一次判断，如果数据不存在，直接返回，不访问数据库。布隆过滤器的误判率很低，但能有效避免不必要的数据库访问。

示例：检查某个ID是否存在于数据库中，如果不存在，则直接返回“数据不存在”。
```
if (!bloomFilter.contains(id)) {return null; // 数据不存在，直接返回
}
```
缓存空值：对于不存在的数据，可以在缓存中设置一个特殊的标记（如空字符串或特定对象），表示此数据为空，这样后续相同请求会直接返回缓存，不再查询数据库。

定义：缓存预热是指在系统启动或缓存空置时，提前将热点数据加载到缓存中，以避免缓存未命中的“冷启动”问题。

原因：

应对策略：

手动预热：在系统启动时，通过脚本或程序将热点数据加载到缓存中。

public void preLoadCache() {List<String> hotData = database.queryHotData();for (String data : hotData) {redis.set(data);}
}

定义：缓存更新是指在缓存中的数据发生变化时，如何保证缓存中的数据与数据库中的数据一致。

问题：

应对策略：

缓存失效（Cache Invalidation）：数据更新后，主动删除缓存中的对应数据，确保下次访问时重新从数据库加载并更新缓存。
```
// 数据更新后清除缓存
redis.del(key);
```
缓存更新（Cache Update）：在数据库更新后，直接更新缓存中的数据，确保缓存和数据库中的数据一致。
```
// 更新数据库后同步更新缓存
redis.set(key, updatedValue);
```
双写策略（Double Write）：更新数据库的同时，直接更新缓存。这需要确保缓存更新的原子性，否则可能出现缓存与数据库不一致的情况。

定义：缓存降级是指在缓存服务不可用或缓存故障时，采取的一种策略来降低对数据库的压力，并确保系统可以继续提供服务。

原因：

应对策略：

问题	描述	应对策略
缓存雪崩	多个缓存数据同时过期，导致大量请求直接访问数据库，可能崩溃	设置过期时间加随机值、分批过期、提前加载热点数据（缓存预热）
缓存穿透	查询数据既不在缓存中，也不在数据库中，造成数据库压力	布隆过滤器、缓存空值
缓存预热	系统启动时，提前加载热点数据到缓存中，避免冷启动	手动预热、自动预热、基于访问频率预热
缓存更新	数据更新后，保证缓存和数据库一致性	缓存失效、缓存更新、双写策略
缓存降级	缓存不可用时，降级到数据库查询或返回默认值，保证系统可用性	服务降级、返回默认值、后台异步任务更新缓存