面试题：Redis作为MySQL缓存层，如何处理缓存穿透问题

Question

在将Redis作为MySQL缓存层实现读写分离的场景中，缓存穿透是一个常见问题。请描述什么是缓存穿透，并阐述至少两种解决缓存穿透问题的方法及其原理。

Answer 1

缓存穿透的定义

缓存穿透指的是查询一个根本不存在的数据，由于缓存中没有，所以直接查询数据库，而数据库也没有该数据，导致每次请求都会穿透到数据库，若有大量这样的请求，会给数据库带来巨大压力，甚至导致数据库崩溃。

解决缓存穿透问题的方法及原理

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，它通过多个哈希函数将一个元素映射到位数组的不同位置并置为1。当查询一个元素时，只要这些位置中有一个不为1，就可以判断该元素一定不存在；如果这些位置都为1，则该元素可能存在。在使用布隆过滤器解决缓存穿透问题时，在数据写入数据库时，同时将数据的键添加到布隆过滤器中。查询时，先通过布隆过滤器判断数据是否存在，若不存在直接返回，不再查询数据库，从而避免无效查询穿透到数据库。
2. 缓存空值
   • 原理：当查询数据库发现数据不存在时，将这个空值缓存起来，并设置一个较短的过期时间。下次再查询同样的数据时，先从缓存中获取，若缓存中有（空值），直接返回，不再查询数据库。这样可以防止对不存在数据的持续穿透查询，但设置过期时间很重要，防止长时间占用缓存空间。