用「银行防盗系统」类比理解缓存问题
一、缓存穿透（查无此人攻击）
场景：黑客伪造不存在的账户ID频繁查询
类比：小偷用假身份证到银行金库门口反复试开锁
请求 → 缓存 → 不存在 → 数据库 → 不存在（每次穿透）
解决方案：
- 布隆过滤器（门禁白名单）
// 初始化过滤器 BloomFilter<String> filter = BloomFilter.create(1000000); // 预热合法ID validIds.forEach(filter::put);// 查询前校验 if(!filter.mightContain(id)) return null; - 空值缓存（记录黑名单）
redisTemplate.opsForValue().set(id, "NULL", 5, TimeUnit.MINUTES);
二、缓存击穿（爆破热点数据）
场景：百万用户同时访问刚过期的爆款商品
类比：劫匪在运钞车到达前瞬间集体冲击金库
缓存失效 → 大量请求涌入数据库
解决方案：
- 互斥锁（武装押运）
public Object getData(String key) {Object value = redis.get(key);if (value == null) {if (redis.setnx(key+"_lock", "1")) { // 抢锁value = db.query(key); // 查库redis.set(key, value, 30, TimeUnit.MINUTES);redis.del(key+"_lock");} else {Thread.sleep(100); // 重试return getData(key);}}return value; } - 逻辑过期（延长押运时间）
// 缓存值包含过期时间 class CacheData {Object data;long expireTime; } // 异步更新缓存
三、缓存雪崩（系统性崩溃）
场景：双十一零点大量缓存同时失效
类比：全城银行同时断电导致安防系统瘫痪
缓存层崩溃 → 数据库被流量击垮 → 服务不可用
解决方案：
- 随机过期时间（错峰维护）
int randomTime = 30 + new Random().nextInt(15); // 30-45分钟 redisTemplate.opsForValue().set(key, value, randomTime, TimeUnit.MINUTES); - 二级缓存（备用电源）
// Ehcache本地缓存 + Redis分布式缓存 @Cacheable(cacheNames = "user", key = "#id",cacheManager = "ehcacheManager") public User getUser(int id) { /*...*/ } - 熔断降级（应急通道）
// 使用Hystrix熔断 @HystrixCommand(fallbackMethod = "getDefaultData") public Object getHotData(String key) { /*...*/ }
四、防御系统对比表
| 攻击类型 | 类比场景 | 防御策略 | 监控指标 |
|---|---|---|---|
| 穿透 | 假身份试开锁 | 布隆过滤器 + 空值缓存 | cache_miss_rate↑↑ |
| 击穿 | 集中爆破金库 | 互斥锁 + 逻辑过期 | qps_spike_detect |
| 雪崩 | 全城安防瘫痪 | 随机过期 + 熔断降级 | db_connection_pool↑ |
五、生产环境组合拳
电商系统示例：
- 接入层：Nginx限流（每秒5000请求）
- 服务层：Guava本地缓存 + Redis集群
- 存储层：MySQL读写分离 + 队列削峰
Redis配置示例：
# 开启内存淘汰策略
maxmemory-policy volatile-ttl
# 设置连接超时防止雪崩
timeout 30
# 监控关键指标
redis-cli --latency-history -i 10
六、面试高频问题
Q1：布隆过滤器为什么不能删除数据？
- 位图共享：多个数据可能映射到同一位（误删他人钥匙）
- 解决方案：使用Counting Bloom Filter（但增加内存）
Q2：互斥锁造成死锁怎么办？
- 超时释放：
redis.setnx(key, "1", 10, TimeUnit.SECONDS) - 守护线程：定期检测锁持有者是否存活
Q3：如何发现缓存雪崩前兆？
- 监控指标：
- 缓存命中率持续低于80%
- 数据库连接数突增
- Redis CPU使用率>90%
七、灾备演练方案
- 混沌工程：随机杀死Redis节点测试容错
- 压测工具：JMeter模拟百万QPS冲击
- 降级预案：
- 一级降级：关闭非核心服务
- 二级降级：返回静态默认数据
终极总结
缓存问题防御 = 银行安全体系
- 穿透防御：严格身份核验（布隆过滤器）
- 击穿防御：重点目标保护（互斥锁）
- 雪崩防御：分散风险策略（随机过期）
记住这个公式：预防 > 检测 > 修复，建立全方位缓存安防体系！
