面试题：Redis在缓存系统中如何处理缓存穿透问题

Question

在使用Redis作为缓存系统时，缓存穿透是一个常见问题。请阐述什么是缓存穿透，以及至少两种Redis应对缓存穿透的策略，并简要说明其原理。

Answer 1

什么是缓存穿透

缓存穿透指的是客户端请求的数据在缓存中不存在，并且在数据库中也不存在，导致请求直接穿透缓存到达数据库，对数据库造成压力。如果有大量这样的请求，可能会使数据库不堪重负甚至崩溃。

应对缓存穿透的策略及原理

1. 布隆过滤器（Bloom Filter）
   • 原理：布隆过滤器是一种概率型数据结构，它可以判断一个元素一定不存在或者可能存在。在系统初始化时，将数据库中所有可能存在的数据的 key 通过布隆过滤器的哈希函数映射到位数组中，将对应位置为 1。当有请求过来时，先经过布隆过滤器判断，如果布隆过滤器判断该 key 不存在，那么就直接返回，不会去查询数据库；如果判断可能存在，再去查询缓存和数据库。这样能在很大程度上过滤掉那些不存在的 key 的请求，避免大量无效请求穿透到数据库。
2. 缓存空值
   • 原理：当查询数据库发现数据不存在时，仍然在 Redis 中缓存这个 key，并设置一个较短的过期时间（防止长期占用缓存空间），其值可以设置为一个特殊标识（如 null 或 “not_exist”）。后续再有相同 key 的请求时，直接从缓存中获取这个空值并返回，不会再查询数据库，从而避免了缓存穿透。