什么是缓存穿透？怎么解决？
参考回答
缓存穿透是指请求绕过缓存直接访问数据库，通常发生在请求的数据在缓存中不存在且数据库查询也没有结果时。这会导致每次请求都直接查询数据库，造成数据库压力增大，缓存失去效用。常见的解决办法是通过使用空值缓存、布隆过滤器等方式来防止无效请求频繁查询数据库。
详细讲解与拓展
- 缓存穿透的定义：
- 问题描述：缓存穿透是指请求访问的某些数据在缓存中不存在，且数据库中也没有相应的数据。由于缓存没有存储该数据，缓存系统会将请求直接转发到数据库。此时，数据库处理一个无效的请求并返回没有数据的结果。这种情况如果频繁发生，会导致数据库承受过大的压力，并消耗大量的资源进行无意义的查询。
- 典型场景：例如，用户请求某个商品的详情信息，而该商品的 ID 在数据库中根本没有记录。每次请求都会查询数据库，造成数据库负载增加。
- 缓存穿透的影响：
- 性能下降：每次请求都绕过缓存直接查询数据库，数据库压力增大，降低了系统的整体性能。
- 资源浪费：无效请求占用了系统的计算资源、网络带宽等，浪费了不必要的资源。
- 服务可用性降低：如果缓存穿透现象严重，可能导致数据库过载，甚至导致服务崩溃。
- 解决方案：
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使用空值缓存：
- 概念：当数据库返回空结果时，缓存一个空值（如
null或特殊标记）到缓存中，后续相同的请求可以直接从缓存中获取空值，而不需要再查询数据库。 - 优势：避免每次请求都查询数据库，即使数据不存在，也可以减少数据库的压力。
- 实现：当请求的数据在数据库中查询到为空时，不仅不将数据缓存起来，而是缓存一个特殊的空值标记。这样，后续相同的请求会直接返回空值，从而避免多次查询数据库。
例子：假设查询商品的详细信息，如果商品不存在数据库中，则可以缓存一个空值
key:product:1001 = null。下次有相同请求时，缓存会返回 null，避免再次访问数据库。
- 概念：当数据库返回空结果时，缓存一个空值（如
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使用布隆过滤器：
- 概念：布隆过滤器是一种空间效率高、能够判断某个元素是否存在于集合中的数据结构。它通过多个哈希函数对元素进行映射，可以在常数时间内判断一个元素是否在集合中存在，但它可能会产生误判，即判断某个元素存在于集合中，但实际并不存在（假阳性）。
- 优势：通过在缓存层前增加布隆过滤器，避免无效的数据库查询。布隆过滤器可以在缓存中查询是否存在该数据的 ID，如果不存在，则直接返回，不会继续查询数据库。
- 实现：布隆过滤器存储所有数据库中存在的有效数据的唯一标识符（如用户 ID、商品 ID 等）。当请求到来时，首先通过布隆过滤器检查数据是否存在。如果布隆过滤器判定该数据不存在，则直接返回，不会查询数据库。
例子：假设有一个电商网站，当用户查询商品信息时，首先通过布隆过滤器检查商品是否存在。如果商品 ID 不存在，则不进行数据库查询，直接返回商品不存在；如果商品 ID 存在，再去查询数据库。
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API 接口防护：
- 概念：可以通过对接口进行访问频率限制，控制请求的频率，避免恶意请求导致的缓存穿透。
- 优势：避免恶意用户或机器人频繁发起无效请求，减少无效查询对数据库的影响。
- 实现：可以使用一些防止滥用的工具，如 Redis 计数器，限制某个 IP 在一定时间内只能访问特定接口一定次数。
例子：假设同一用户频繁请求某个商品的详情信息，采用 API 接口防护策略可以限制同一用户在短时间内只能发起有限次数的请求，防止恶意访问。
- 总结：
缓存穿透是指请求绕过缓存直接查询数据库，通常发生在缓存中没有数据，且数据库中也没有数据的情况。通过使用空值缓存、布隆过滤器等技术，可以有效减少无效请求对数据库的压力，提高系统性能和资源利用率。合理地设计缓存策略和防护机制是优化系统性能的关键。