問題描述

緩存失效：

　　引起這個原因的主要因素是高並發下，我們一般設定一個緩存的過期時間時，可能有一些會設置5分鐘啊，10分鐘這些；並發很高時可能會出在某一個時間同時生成了很多的緩存，並且過期時間在同一時刻，這個時候就可能引發——當過期時間到後，這些緩存同時失效，請求全部轉發到DB，DB可能會壓力過重。
　　處理方法： 一個簡單方案就是將緩存失效時間分散開，不要所以緩存時間長度都設置成5分鐘或者10分鐘；比如我們可以在原有的失效時間基礎上增加一個隨機值，比如1-5分鐘隨機，這樣每一個緩存的過期時間的重復率就會降低，就很難引發集體失效的事件。 緩存失效時產生的雪崩效應，將所有請求全部放在數據庫上，這樣很容易就達到數據庫的瓶頸，導致服務無法正常提供。盡量避免這種場景的發生。

緩存穿透：

　　出現場景：指查詢一個一定不存在的數據，由於緩存是不命中時被動寫的，並且出於容錯考慮，如果從存儲層查不到數據則不寫入緩存，這將導致這個不存在的數據每次請求都要到存儲層去查詢，失去了緩存的意義。

　　當在流量較大時，出現這樣的情況，一直請求DB，很容易導致服務掛掉。
處理方法：
　　方法1.在封裝的緩存SET和GET部分增加個步驟，如果查詢一個KEY不存在，就已這個KEY為前綴設定一個標識KEY；以後再查詢該KEY的時候，先查詢標識KEY，如果標識KEY存在，就返回一個協定好的非false或者NULL值，然後APP做相應的處理，這樣緩存層就不會被穿透。當然這個驗證KEY的失效時間不能太長。

　　方法2.如果一個查詢返回的數據為空（不管是數據不存在，還是系統故障），我們仍然把這個空結果進行緩存，但它的過期時間會很短，一般只有幾分鐘。

　　方法3.采用布隆過濾器，將所有可能存在的數據哈希到一個足夠大的bitmap中，一個一定不存在的數據會被這個bitmap攔截掉，從而避免了對底層存儲系統的查詢壓力。

緩存並發：
　　出現場景：當網站並發訪問高，一個緩存如果失效，可能出現多個進程同時查詢DB，同時設置緩存的情況，如果並發確實很大，這也可能造成DB壓力過大，還有緩存頻繁更新的問題。
　　處理方法：對緩存查詢加鎖，如果KEY不存在，就加鎖，然後查DB入緩存，然後解鎖；其他進程如果發現有鎖就等待，然後等解鎖後返回數據或者進入DB查詢。

解決方案

<?php
   class StudentController extends BaseController{
         //網站首頁展示
         public function index(){
            //獲取分數最高的10位學生信息
            $top10ScoreStudents = StudentService::getTop10Students();
            //todo something more detail...
         }
  }

<?php
namespace App\Service;
use App\Base\Service as BaseService;
//通常來說一個稍大型的 PHP 項目，都有有一個倉儲層 Repository
use App\Repository\Studuent as StudentRepository;
class StudentService extends BaseService{
    public static function getTop10Students(){
      $config = App::getConfig();
      $cacheKeyGenerator = CacheKeyGenerator::getInstance();
      //使用通用的緩存鍵生成器去獲取緩存新鍵，方便增加統一的前綴（可用於包含 app 名字和版本信息）
      $top10StuduentsCacheKey = $cacheKeyGenerator->generate($config["cacheKeyAlias"]["top10Students"]["key"]);
     //下面是常見的緩存獲取代碼
     //從 redis client 連接池實例中獲取一個可用的 client 連接，保持連接復用的連接池技術
     $redisInstance = RedisInstancePool::getInstance();
     //直接從緩存中獲取，若為 null ，則更新緩存
     $top10StuduentsCache = $redisInstance->get($top10StuduentsCacheKey );
    //這裏使用 === null 判斷是為了避免空數據導致的緩存穿透
    if ($top10StuduentsCache === null){
      //從 db 中獲取一份最新的緩存數據
      //加一個訪問鎖，最多鎖 20 秒，因為一個並發 1000 左右的單秒訪問此接口時，若不加鎖
      //必然會導致直接多個請求直接命中數據庫，也就是下面的 “StudentRepository::getTop10Students()”，明顯可能會導致數據庫瓶頸出現
      if($lockForTop10Students = LockUtility::lock($config["cacheKeyAlias"]["top10Students"]["key"]),20){
          $top10StudentsFromDb = StudentRepository::getTop10Students();
          if(empty($top10StudentsFromDb) {
              //防止空數據穿透到數據庫
              $top10StudentsFromDb = [];
          } 
         $top10StuduentsCache = $top10StudentsFromDb;
         //設置緩存
         //ttl 是保存在全局 config 中的 redis key 生命周期
         $redisInstance->set($config["cacheKeyAlias"]["top10Students"]["key"],$top10StudentsFromDb,$config["cacheKeyAlias"]["top10Students"]["ttl"]);
         LockUtility::unlock($config["cacheKeyAlias"]["top10Students"]["key"]);
         return $top10StuduentsCache;
       } else {
          //沒有獲取到訪問鎖，直接返回空結果
          return [];
       }
     }
     return $top10StuduentsCache;
  }
}

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