缓存失效、缓存穿透问题解决方案

缓存失效（缓存雪崩）：
　　引起这个原因的主要因素是高并发下，我们一般设定一个缓存的过期时间时，可能有一些会设置5分钟啊，10分钟这些；并发很高时可能会出在某一个时间同时生成了很多的缓存，并且过期时间在同一时刻，这个时候就可能引发——当过期时间到后，这些缓存同时失效，请求全部转发到DB，DB可能会压力过重。
　　处理方法：一个简单方案就是将缓存失效时间分散开，不要所以缓存时间长度都设置成5分钟或者10分钟；比如我们可以在原有的失效时间基础上增加一个随机值，比如1-5分钟随机，这样每一个缓存的过期时间的重复率就会降低，就很难引发集体失效的事件。缓存失效时产生的雪崩效应，将所有请求全部放在数据库上，这样很容易就达到数据库的瓶颈，导致服务无法正常提供。尽量避免这种场景的发生。

　　和缓存击穿不同的是，缓存击穿指并发查同一条数据，缓存雪崩是不同数据都过期了，很多数据都查不到从而查数据库。

缓存穿透：
　　出现场景：指查询一个一定不存在的数据，由于缓存是不命中时被动写的，并且出于容错考虑，如果从存储层查不到数据则不写入缓存，这将导致这个不存在的数据每次请求都要到存储层去查询，失去了缓存的意义。这时的用户很可能是攻击者，攻击会导致数据库压力过大。

　　当在流量较大时，出现这样的情况，一直请求DB，很容易导致服务挂掉。
处理方法：
　　方法1.在封装的缓存SET和GET部分增加个步骤，如果查询一个KEY不存在，就已这个KEY为前缀设定一个标识KEY；以后再查询该KEY的时候，先查询标识KEY，如果标识KEY存在，就返回一个协定好的非false或者NULL值，然后APP做相应的处理，这样缓存层就不会被穿透。当然这个验证KEY的失效时间不能太长。

　　方法2.如果一个查询返回的数据为空（不管是数据不存在，还是系统故障），我们仍然把这个空结果进行缓存，但它的过期时间会很短，一般只有几分钟。　

public function getArticles($key)
{
    $expire = 60 * 3;
    $data = Cache::get($key);
    //注意：此处使用is_null来判断而不是直接使用 (!$data)来判断。
    //使用 (!$data)来判断的弊端是：如果$data的值为空字符串或者空数组，此处也是不成立的，会继续执行查询DB的语句，造成缓存穿透
    if (!is_null($data)) {
        return $data;
    }
    $data = $this->searchDB();
    Cache::put($key, $data, $expire);
    return $data;
}

　　　　这样处理的原因是，即使当前查询的key为空字符串，或者空数组，结果也会被缓存起来。当下一次访问时会直接返回，不会造成缓存穿透

　　方法3.采用布隆过滤器，将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中，一个一定不存在的数据会被这个bitmap拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。

如果是非法攻击时，接口层增加校验，如用户鉴权校验，id做基础校验，id<=0的直接拦截；

缓存并发：
　　出现场景：当网站并发访问高，一个缓存如果失效，可能出现多个进程同时查询DB，同时设置缓存的情况，如果并发确实很大，这也可能造成DB压力过大，还有缓存频繁更新的问题。
　　处理方法：，如果KEY不存在，就加锁，然后查DB入缓存，然后解锁；其他进程如果发现有锁就等待，然后等解锁后返回数据或者进入DB查询。

　　　　我们可以使用redis的setNx()
setNx($key) 的作用类似于set($key) ，setNx的意思为 set Not Exists 如果$key不存在则设置，存在则不进行任何操作. 设置成功设置返回1，说明当前的请求获得了当前的操作权限，设置失败返回0，说明此资源已经被其他请求获得。使用代码实现的话，思路如下：

给存入缓存的数据增加一个过期时间字段暂时给这个字段起名字叫$data['expire']（这个过期时间要短于实际的缓存过期时间），方便在缓存过期前执行加锁和缓存更新。
如果$data['expire']达到过期时间，则执行加锁以及缓存更新。
此时如果有其他请求进入则返回更新之前的数据。

代码如下：

public function getArticlesLock($key)
{
    $time = time();
    $expire = 10 * 2;
    $lockKey = 'lock:k';
    $data = Cache::get($key);

    if (!is_null($data)) {
        //缓存未过期
        if ($data['expire'] > time()){
            return $data['data'];
        }
        //加锁失败说明已经有请求执行加锁，返回之前的缓存数据
        if (!Redis::setnx($lockKey,1)) {
            return $data['data'];
        }
    }
    sleep(3);
    $datat = $this->searchDB();
    $data = [
        'data' => $datat,
        'expire' => $time + $expire - 10
    ];
    $r = Cache::put($key, $data, $expire);
    //解锁
    Redis::del($lockKey);
    return $data['data'];
}

　　当然此处也可以使用set()来代替setnx()加锁，以及使用lua脚本解锁。

三、缓存击穿

描述：

缓存击穿是指缓存中没有但数据库中有的数据（一般是缓存时间到期），这时由于并发用户特别多，同时读缓存没读到数据，又同时去数据库去取数据，引起数据库压力瞬间增大，造成过大压力

解决方案：

设置热点数据永远不过期。
加互斥锁，互斥锁参考代码如下
说明：

1）缓存中有数据，直接走上述代码13行后就返回结果了

2）缓存中没有数据，第1个进入的线程，获取锁并从数据库去取数据，没释放锁之前，其他并行进入的线程会等待100ms，再重新去缓存取数据。这样就防止都去数据库重复取数据，重复往缓存中更新数据情况出现。

3）当然这是简化处理，理论上如果能根据key值加锁就更好了，就是线程A从数据库取key1的数据并不妨碍线程B取key2的数据，上面代码明显做不到这点。