面试题：缓存设计：如何在基于缓存的全文检索方案中处理缓存穿透问题

Question

在基于缓存的高性能全文检索方案里，缓存穿透会导致查询请求绕过缓存直接访问数据库，增加数据库压力。请阐述你对缓存穿透的理解，并说明至少两种应对缓存穿透的策略及其实现原理。

Answer 1

缓存穿透理解

缓存穿透指查询一个根本不存在的数据，由于缓存中没有，会直接查询数据库，若每次查询不存在的数据都这样，会给数据库带来巨大压力。因为缓存无法拦截这类查询请求，使得请求如同“穿透”了缓存，直接到达数据库。

应对策略及原理

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，通过多个哈希函数计算出元素在二进制向量中的位置，并将对应位置设为1。查询时，对元素再次进行相同的哈希计算，检查对应位置是否都为1，如果有一个位置不为1，则该元素一定不存在；如果都为1，则该元素可能存在（存在一定误判率）。在缓存穿透场景下，将数据库中已存在的数据通过布隆过滤器计算后放入布隆过滤器中，当查询时先经过布隆过滤器，如果布隆过滤器判断该数据不存在，则直接返回，不会查询数据库，从而避免缓存穿透。
2. 缓存空值
   • 原理：当查询数据在数据库中不存在时，仍然在缓存中设置一个空值（例如空字符串、null等），并设置一个较短的过期时间。下次再查询相同数据时，缓存中就有值（虽然是空值），不会再穿透到数据库。过期时间设置较短是为了避免在数据库中数据新增时，因为缓存空值一直存在而无法查询到新数据。