缓存穿透是什么？什么场景下会发生？如何解决？

什么是缓存穿透？

缓存穿透是指请求的数据在缓存和数据库中均不存在的情况。当大量请求同时查询一个不存在的数据时，这些请求会直接打到数据库上，导致数据库压力增大，甚至可能引发数据库崩溃。换句话说，缓存穿透是指请求绕过缓存，直接访问后端数据库。

缓存穿透的场景

缓存穿透通常发生在以下几种场景中：

1. 无效请求：
   • 用户请求的数据在数据库中根本不存在，例如请求一个错误的ID或不合法的参数。
2. 恶意攻击：
   • 攻击者故意发送大量请求，查询不存在的数据，以此消耗系统资源，造成服务拒绝（DoS）攻击。
3. 数据未缓存：
   • 某些数据在数据库中确实存在，但由于某种原因未被缓存（例如，缓存策略未覆盖到该数据）。

如何解决缓存穿透

1. 使用布隆过滤器

布隆过滤器详解-CSDN博客

布隆过滤器是一种空间效率高的概率数据结构，可以用来判断一个元素是否在一个集合中。通过在请求到达数据库之前，先查询布隆过滤器，可以有效地过滤掉不存在的数据请求。

• 实现步骤：
  • 在缓存中维护一个布隆过滤器，存储所有有效的ID或键。
  • 当接收到请求时，先查询布隆过滤器，如果返回不存在，则直接返回空结果，避免查询数据库。

2. 缓存空结果

对于查询到的不存在的数据，可以将结果缓存为空值（如 null 或特定的标识），并设置一个较短的过期时间。这样，后续的相同请求将直接从缓存中返回空结果，而不再查询数据库。

• 实现步骤：
  • 当查询数据库返回空结果时，将该请求的键存入缓存，并设置过期时间。
  • 对于后续相同请求，直接从缓存中返回空结果。

3. 参数校验

在处理请求之前，进行参数的有效性校验，确保请求的数据是合法的。这可以有效减少无效请求的数量。

• 实现步骤：
  • 在应用层增加参数校验逻辑，确保请求的ID或参数符合预期格式和范围。

4. 限流和防火墙

对于高频请求，可以使用限流技术，限制单位时间内的请求次数。同时，可以通过防火墙或安全策略，阻止来自可疑IP的请求。

• 实现步骤：
  • 使用 API 网关或中间件实现请求限流。
  • 监控异常流量，并采取相应的安全措施。