面试题：Redis与MySQL结合时如何处理缓存穿透问题

Question

在使用Redis与MySQL结合实现高效数据读取流程中，缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据，由于缓存未命中，就会去查询数据库，若不加以处理，大量这样的请求会对数据库造成压力。请阐述你知道的处理缓存穿透的方法。

Answer 1

1. 布隆过滤器（Bloom Filter）

• 原理：布隆过滤器是一个很长的二进制向量和一系列随机映射函数。当一个元素加入集合时，通过多个哈希函数将这个元素映射到向量中的不同位置，并将其置为1。查询时，元素通过相同的哈希函数映射到相应位置，若这些位置不全为1，则该元素一定不存在；若全为1，则大概率存在（存在误判）。
• 优点：空间效率和查询时间都远远超过一般的算法，能快速判断一个数据是否存在，防止大量不存在的数据直接穿透到数据库。
• 缺点：存在一定误判率，误判的数据会依然穿透到数据库。

2. 缓存空值

• 原理：当查询数据库发现数据不存在时，仍然在缓存中设置一个键值对，值可以是一个特殊标记（如 null 或特定字符串），并设置较短的过期时间。下次再查询同样的数据时，缓存命中，直接返回空值，避免查询数据库。
• 优点：实现简单，能有效防止缓存穿透。
• 缺点：会额外占用缓存空间，短时间内大量无效数据可能导致缓存空间被大量占用，且设置的过期时间较难把控，设置过短可能导致依然有穿透风险，设置过长则会导致长时间占用缓存空间。

3. 接口层校验

• 原理：在系统接口层对输入进行校验，对于明显不合理或不符合规则的数据直接返回，不进行后续的缓存和数据库查询。例如，对于某些有固定范围的ID，不在范围内的直接返回错误提示。
• 优点：可以在最外层就拦截无效请求，减轻缓存和数据库压力，实现相对简单。
• 缺点：只能拦截部分已知规则的无效数据，对于复杂多变的无效数据拦截能力有限。