面试题：Redis缓存穿透中等难度题

Question

请简述Redis缓存穿透产生的原因，并列举至少两种常见的解决方案及原理。

Answer 1

缓存穿透产生原因

1. 查询不存在数据：应用程序频繁请求一个在数据库中不存在的数据，由于该数据在数据库和缓存中都不存在，每次请求都会绕过缓存直接查询数据库，若大量这种请求同时到来，就会对数据库造成巨大压力，可能导致数据库不堪重负甚至崩溃。

常见解决方案及原理

1. 布隆过滤器（Bloom Filter）
   • 原理：布隆过滤器是一个由二进制向量（位数组）和一系列哈希函数组成的数据结构。当一个元素加入布隆过滤器时，通过多个哈希函数将该元素映射到位数组的不同位置，并将这些位置设为1。查询时，对元素再次进行同样的哈希计算，查看对应位置是否都为1，如果有一个位置为0，则该元素一定不存在；如果都为1，则该元素可能存在（存在误判率）。在缓存穿透场景中，将数据库中所有存在的键值对的键先通过布隆过滤器进行处理。当有查询请求时，先经过布隆过滤器判断，如果布隆过滤器判定该键不存在，则直接返回，不再查询数据库；如果判定可能存在，再查询数据库并更新缓存。这样可以有效拦截大部分不存在数据的查询，避免穿透到数据库。
2. 缓存空值
   • 原理：当查询数据库发现数据不存在时，将这个空值也缓存起来，并设置一个较短的过期时间。下次再有相同的查询请求时，直接从缓存中获取这个空值并返回，避免再次查询数据库。这样可以防止大量对不存在数据的请求穿透到数据库。但需要注意设置合适的过期时间，若过期时间过长，在数据实际插入数据库后，应用程序可能还在返回缓存中的空值；若过期时间过短，则可能无法有效拦截重复的无效请求。