在高并发系统中，缓存（如 Redis）是我们提升系统性能、降低数据库压力的重要手段。然而，缓存的使用也带来了几个经典问题：缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩。如果我们在开发中不加以处理，这些问题可能导致数据库压力骤增，甚至系统崩溃。接下来给大家分别介绍这三个概念，并给出常见的解决方案和代码样例。

一、缓存击穿（Cache Breakdown）

 1. 什么是缓存击穿？

缓存击穿是指某个热点数据在缓存中过期后，大量并发请求同时访问数据库查询该数据，导致这些请求全部打到数据库上，造成数据库瞬时压力剧增。

 

 2. 成因

•  热点数据（如热门商品、首页信息）缓存设置了过期时间，但缓存已经过期了。
•  然而当缓存过期的瞬间，多个线程/请求同时发现缓存中没有数据。
•  所有请求都去查询数据库，形成“并发洪峰”，大量请求打到数据库。

 

 3. 危害

•  数据库瞬间承受大量读请求，可能造成响应变慢甚至宕机。
•  系统整体性能下降，用户体验变差。

 

4. 解决方案

方案一：互斥锁（Mutex Lock）（推荐）

在缓存失效时，我们不应该让所有请求都去查数据库，而是只让一个线程去重建缓存，其他线程等待并重试缓存，重试3次左右还没有则直接返回业务要求的数据。

⚠️ 注意：实际开发时，建议使用 Redis 的 SET key value NX PX 命令，或更成熟可靠的Redisson（推荐）实现更可靠的分布式锁。


 

方案二：永不过期 or 逻辑过期

对热点数据不设置expires物理过期时间，而是通过后台线程异步更新缓存，或设置“逻辑过期时间”字段，此时就不会存在没有缓存的问题。这对于不要求高实时性的数据是个很不错的实现方法。

 

 二、缓存穿透（Cache Penetration）

 1. 什么是缓存穿透？

缓存穿透是指查询一个不存在的数据，由于数据库中没有，缓存又没有存储，导致每次请求都绕过缓存，直接访问数据库。

 

 2. 成因

•  用户恶意攻击（如遍历 ID）。
•  业务逻辑错误导致查询无效数据。

 

 3. 危害

•  每次请求都穿透到数据库，导致数据库压力大。
•  可能被用于 DoS 攻击，造成系统的崩溃。

 

 4. 解决方案

方案一：缓存空值（Null Value Caching）

即使数据库查不到数据，我们也应该将空结果缓存一段时间，避免重复查询数据库。

⚠️注意：空值缓存时间不要设置过长，防止缓存穿透的同时，要避免数据长时间“假存在”。

 

方案二：布隆过滤器（Bloom Filter）（推荐）

在访问缓存前，先通过布隆过滤器判断数据是否可能存在。如果布隆过滤器说“不存在”，则直接返回，不查缓存和数据库。

• 优点：空间效率高，适合大量数据的场景。
• 缺点：存在误判的可能（即把存在判断为不存在），需人工定期重建。
• 

在开发中推荐两个方案同时使用，方案一可以很好地弥补布隆过滤器存在的误判问题，二者结合更加可靠。

 

三、缓存雪崩（Cache Avalanche）

 1. 什么是缓存雪崩？

缓存雪崩是指大量缓存数据在同一时间过期，或Redis 服务宕机，导致所有请求都打到数据库，造成数据库崩溃。

 

 2. 成因

•  缓存集中过期（如大量缓存统一设置 2 小时过期），导致大量线程访问数据库。
•  Redis 集群故障或网络问题，导致Redis缓存不可用。

 

 3. 危害

•  数据库瞬间承受全部流量，极可能宕机。
•  系统整体不可用。

 

 4. 解决方案

方案一：设置随机过期时间

避免大量缓存同时过期，给过期时间添加随机值。

⚠️注意：一般开发中会在原有过期时间基础上浮动10%-20%

 

方案二：多级缓存（Local + Redis）

使用本地缓存（如 Caffeine、Ehcache）作为第一层，Redis 作为第二层，降低对 Redis 的依赖。

 

方案三：高可用架构

 Redis 集群部署（主从 + 哨兵 或 Redis Cluster）。保证 Redis 的高可用性，主节点负责写，从节点负责读，主从分离，避免单点故障而系统崩溃。

 

方案四：服务降级与熔断

当 Redis 不可用时，我们还可以启用降级策略（如返回默认值、静态页面），结合 Hystrix 或 Sentinel 实现熔断。

 

 四、开发中的最佳实践建议

1. 合理设置过期时间：避免统一过期，加入随机因子。

2. 热点数据特殊处理：如首页、爆款商品，使用永不过期 + 异步更新。

3. 监控与告警：监控缓存命中率、Redis 负载、数据库 QPS。

4. 压测验证：上线前进行高并发压测，验证缓存策略有效性，及时调整。

 

缓存是性能优化的利器，但也是一把双刃剑。理解并妥善处理缓存击穿、穿透、雪崩这三大问题，是我们在开发中构建高可用、高性能系统的关键一步。