面试题：缓存设计之缓存穿透问题

Question

在分布式系统中，缓存穿透是常见问题。请阐述什么是缓存穿透，以及至少两种解决缓存穿透的方案，并说明每种方案的原理。

Answer 1

缓存穿透定义

缓存穿透指的是客户端请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，每次请求都会直接打到数据库，若有大量此类请求，会对数据库造成巨大压力，甚至导致数据库崩溃。

解决方案及原理

1. 布隆过滤器
   • 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。当一个元素被加入集合时，通过多个哈希函数将其映射到布隆过滤器的不同位置，并将这些位置的二进制值设为1。查询时，元素通过同样的哈希函数映射，若对应位置不全为1，则该元素一定不存在；若全为1，大概率存在（可能存在误判）。使用布隆过滤器时，在请求到达时，先通过布隆过滤器判断数据是否存在，若不存在则直接返回，避免查询数据库。
2. 缓存空值
   • 原理：当查询数据库发现数据不存在时，将空值缓存起来，并设置较短的过期时间。后续相同请求过来时，先查缓存，命中缓存空值则直接返回，不再查询数据库。过期时间设置较短是为了避免在数据库数据新增后，因缓存空值存在导致长时间无法查询到新数据。