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为什么需要缓存？
数据库磁盘 I/O 慢：用户数据一般持久化在关系型数据库中，磁盘读写速度远低于内存。
Redis 缓存层提速：将热点数据放入内存数据库（Redis），读写速度有了很大提升，极大提高系统性能。
其查询流程如下图：

虽然引入缓存后解决了性能问题，但新的问题会随之而来，可能会出现缓存雪崩、缓存击穿、缓存穿透。
缓存雪崩
缓存雪崩指的是当大量缓存 key 在同一时刻失效或 Redis 节点故障宕机，导致原本要将请求打到缓存上的请求全部打到数据库，瞬间压垮关系型数据库，结果引发连锁反应，系统崩溃。其缓存雪崩的可能如下：
大量 key 同时过期（相同 TTL）
Redis 宕机（单点或集群故障）
大量key同时过期

为了缓存和数据库的数据一致性，通常给缓存设置key过期时间。如果一批 key 使用相同或非常接近的过期时间，到期时这些 key 会一起过期。解决方案：
均匀设置过期时间：给TTL加一个随机偏移，如 TTL = base + random(0, spread)
互斥锁：缓存未命中时，只允许一个线程构建缓存，其余等待或返回默认值
后台更新缓存：缓存不设 TTL，由后台线程定时或事件驱动刷新
互斥锁的方案流程图如下：

Redis 宕机
Redis的单节点或集群出现故障，导致缓存层失效，将所有请求直接打到数据库。
服务熔断：检测到 Redis 不可用时，业务直接返回错误，不再访问数据库
请求限流：只允许少量请求访问数据库，其余在入口拒绝
构建高可用集群：Redis 主从 + 哨兵/Cluster，主节点故障自动切换
服务熔断与请求限流的比较如下：

缓存击穿
在平常高并发的系统中，大量的请求同时查询一个 key 时，此时这个key正好失效了，就会导致大量的请求都打到数据库上面去。这种现象我们称为缓存击穿。解决方案如下：
互斥锁：同一时刻只允许一个线程重建缓存，其余等待或返回默认值
给热点数据不设置过期时间：热点 key 永不过期，由后台线程定期或在即将过期前主动刷新
缓存击穿和缓存雪崩的区别：
缓存雪崩：大量 key 同时失效
缓存击穿：单个热点 key 失效
缓存穿透
请求的数据既不在缓存中，也不在数据库中，每次请求都会穿过缓存直接查数据库，且无法构建缓存，导致数据库压力剧增。其解决方案如下：
非法请求限制：在 API 入口校验参数合法性，拦截明显非法请求
缓存空值或默认值：当数据库查不到时，在缓存中写一个空值（如 NULL），并设较短 TTL
布隆过滤器：在写入数据库时同步写入布隆过滤器，请求先查布隆过滤器判断是否存在
布隆过滤器在请求链路中的位置

好了，缓存雪崩、缓存击穿、缓存穿透就分享到这里！