設(shè)計(jì)一個(gè)緩存系統(tǒng)需要考慮：緩存穿透，緩存擊穿、失效時(shí)得雪崩效應(yīng)。
緩存穿透：緩存穿透是指查詢一個(gè)一定不存在數(shù)據(jù)，由于緩存是不命中時(shí)被動(dòng)寫的，并且處于容錯(cuò)考慮，如果從存儲(chǔ)層查不到數(shù)據(jù)則不寫入緩存，這將導(dǎo)致這個(gè)不存在得數(shù)據(jù)每次請(qǐng)求都要從存儲(chǔ)層去查詢，失去了緩存得意義。在流量大時(shí)，可能DB就掛掉了，要是有人利用不存在的key頻繁攻擊我們的應(yīng)用，這就是漏洞。
解決方案：
布隆過濾器：將所有可能存在的數(shù)據(jù)哈希到一個(gè)足夠大的bitmap中，一個(gè)一個(gè)不存在的數(shù)據(jù)會(huì)被bitmap攔截掉，從而避免了對(duì)底層存儲(chǔ)系統(tǒng)的壓力。
如果一個(gè)查詢返回的數(shù)據(jù)為空（不管系統(tǒng)故障還是數(shù)據(jù)不存在），我們?nèi)园堰@個(gè)空結(jié)果緩存，但它的過期時(shí)間會(huì)很短，最長(zhǎng)不超過5分鐘。
緩存雪崩：指在我們?cè)O(shè)置了緩存時(shí)采用了相同的過期時(shí)間，導(dǎo)致緩存在某一時(shí)刻同時(shí)失效，請(qǐng)求全部轉(zhuǎn)發(fā)到DB,DB瞬時(shí)壓力過重雪崩。
解決方案：
緩存失效時(shí)的雪崩效應(yīng)對(duì)底層系統(tǒng)的沖擊非常可怕。大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者考慮加鎖或者隊(duì)列的方式保證緩存單線程（進(jìn)程）寫從而避免失效時(shí)大量的并發(fā)請(qǐng)求落到底層存儲(chǔ)系統(tǒng)上 。分享一個(gè)簡(jiǎn)單的方案將緩存失效時(shí)間分散開，比如我們可以在原有的失效時(shí)間基礎(chǔ)上增加一個(gè)隨機(jī)值，比如1-5分鐘隨機(jī)，這樣每一個(gè)緩存的過期時(shí)間重復(fù)率降低，就不容易引發(fā)集體失效事件。
緩存擊穿：對(duì)于一些設(shè)置了過期時(shí)間的key,如果這些key 可能會(huì)在某些時(shí)間點(diǎn)被超高并發(fā)的訪問，是一種非?！盁狳c(diǎn)”的數(shù)據(jù)。這個(gè)時(shí)候需要考慮一個(gè)問題:緩存被擊穿的問題，這個(gè)和緩存雪崩的區(qū)別在于，這里是針對(duì)某一key緩存，前者則是很多key.
緩存在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)過期的時(shí)候，恰好在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)這個(gè)key有大量的并發(fā)請(qǐng)求過來，這些請(qǐng)求發(fā)現(xiàn)緩存過期一般會(huì)從后端DB加載數(shù)據(jù)并回設(shè)到緩存，這個(gè)時(shí)候大并發(fā)的請(qǐng)求可能會(huì)瞬間把DB壓垮。
解決方案：
1、使用互斥鎖（mutex key）
簡(jiǎn)單來說，就是在緩存失效的時(shí)候（判斷拿出來的值為空），不是立即去load db ,而是先使用緩存工具的某些帶成功操作返回值的操作（比如Redis的SETNX或者M(jìn)emcache的ADD)去set一個(gè)mutex key,當(dāng)操作返回成功時(shí)，再進(jìn)行 load db 的操作并回設(shè)緩存；否則，就重試整個(gè)get緩存方法。
SETNX，是 set if not exists 的縮寫，也就是不存在的時(shí)候才設(shè)置，可以利用它來實(shí)現(xiàn)鎖的效果。在 redis2.6.1之前的版本還未實(shí)現(xiàn)setnx 的過期時(shí)間，所以這里給出兩種版本代碼參考：
//2.6.1.前單機(jī)版本鎖
String get(String key){
??? String? value=redis.get(key);
if (value==null){
if(redis.setnx(key_mutex,1)）{
//3 min timeout to avoid mutex holder crash
redis.expire(key_mutex,3*60);
value = db.get(key);
redis.set(key,value);
redis.delete(key_mutex);
}else{
//其他線程休息50毫秒重試
Thread.sleep(50);
get(key);
}
}
}
//新版本代碼
public String get(key){
???? String value=redis.get(key);
???? if (value==null){
???????? if (redis.setnx(key_mutex,1,3*60)==1){
?????????? value=db.get(key);
??????????? redis.set(key,value,expire_secx);
??????????? redis.del(key_mutex);
???????? }else{
??????????? sleep(50);
???????????? get(key);
????? }else{
???????? return value;
????? }
}
2,"提前“使用互斥鎖（mutex key)
在value內(nèi)部設(shè)置一個(gè)超時(shí)值（timeout1),timeout1比實(shí)際的memcache timeout(timeout2)小。當(dāng)從cache讀取到timeout1發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過期時(shí)，馬上延長(zhǎng) timeout1并重新設(shè)置到cache.然后再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中加載數(shù)據(jù)并加載到cache中。
偽代碼如下：
3、“永遠(yuǎn)不過期”
這里的“永遠(yuǎn)不過期”包含兩層含義：
（1）從redis上看，確實(shí)沒有設(shè)置過期時(shí)間，這就保證了，不會(huì)出現(xiàn)熱點(diǎn)key過期問題，也就是“物理”的不過期
（2）從功能上看如果不過期，那不就成靜態(tài)的了么？所以我們把過期時(shí)間存在key對(duì)應(yīng)的value里，如果發(fā)現(xiàn)要過期了，通過一個(gè)后臺(tái)的異步線程進(jìn)行緩存構(gòu)建，也就是“邏輯”過期
從實(shí)戰(zhàn)看，這種方法對(duì)于性能非常友好，唯一不足的就是構(gòu)建緩存的時(shí)候，其余線程（非構(gòu)建緩存的線程）可能訪問的時(shí)老數(shù)據(jù)，但是對(duì)于一般的互聯(lián)網(wǎng)功能來說這個(gè)還是可以忍受。
4、資源保護(hù)
采用netflix的hystrix,可以做資源的隔離保護(hù)主線程池，如果把這個(gè)應(yīng)用到緩存的構(gòu)建也是可以的。
四種解決方案沒有最佳只有最合適
總結(jié)：
針對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，永遠(yuǎn)都是具體情況具體分析沒有最好只有最合適。
最后，對(duì)于緩存系統(tǒng)常見的緩存滿了和數(shù)據(jù)丟失問題，需要根據(jù)具體業(yè)務(wù)分析，通常我們采用LRU策咯處理溢出，Redis的RDB和AOF持久化策咯來保證一定情況的數(shù)據(jù)安全。
標(biāo)注：內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)公眾號(hào)等，非本人原創(chuàng) ~ ~。
