📚 课程目录第1章缓存穿透问题概述

1. 缓存穿透问题概述

缓存穿透（Cache Penetration）是指查询一个一定不存在的数据，由于缓存层无法命中（缓存中没有该数据的副本），每次请求都直接穿透到后端数据库层执行查询。由于数据库中也不存在该记录，每次查询都返回空结果，且不会回写缓存，导致后续相同请求依然穿透到数据库。

  核心特征：缓存层形同虚设，所有请求直达数据库，且数据库返回空结果后不写入缓存。

缓存穿透主要由以下两类场景引发：

原因分类	具体描述	典型示例
恶意攻击	攻击者利用系统业务漏洞，批量构造大量不存在的 Key 发起高频请求，绕过缓存直接压垮数据库。	用户 ID 采用自增主键，攻击者遍历 -1、-2、0 或超大 ID 发起查询
空数据查询	业务逻辑中，用户查询了数据库中确实不存在的数据（如已删除的记录、未生成的订单号），且系统未对空结果做缓存处理。	查询已下架的商品详情、查询不存在的快递单号
缓存与数据库数据不一致	缓存中数据因过期或淘汰被清除，但数据库对应记录已被物理删除，导致后续查询持续穿透。	缓存 TTL 到期后，数据库记录已被清理，查询始终为空

注意：空数据查询在正常业务中也会偶发出现，但恶意攻击会将这种偶发放大为持续的高并发穿透，危害远大于正常业务场景。

缓存穿透对数据库层造成的冲击是直接且严重的，具体表现为：

经验数据：在未加防护的系统中，1000 QPS 的穿透请求可在 10 秒内将数据库 CPU 从 20% 推至 100%，导致数据库连接超时。

缓存穿透不仅影响数据库，还会破坏缓存一致性治理的根基：

影响维度	具体表现	后果
缓存空洞	不存在的数据永远不会被写入缓存，缓存层出现大量逻辑空洞。	缓存命中率持续下降，穿透率上升，形成恶性循环。
缓存污染	若错误地将空结果（如 null、空字符串）写入缓存，会占用缓存空间，且无法区分“数据不存在”与“缓存未命中”。	缓存空间浪费，且后续数据真正写入时，缓存中仍保留空值，导致数据不一致。
一致性窗口扩大	穿透请求绕过缓存直接查库，绕过了缓存一致性维护机制（如延迟双删、Binlog 监听），导致缓存与数据库的同步链路断裂。	即使后续数据被写入，缓存可能仍处于过期或缺失状态，一致性无法保证。
缓存雪崩诱因	大量穿透请求导致缓存层被旁路，缓存失效后新请求继续穿透，最终引发缓存雪崩。	系统整体可用性下降，甚至宕机。

下图展示了缓存穿透的完整请求链路：

为了更直观地理解缓存穿透的危害，下表对比了正常缓存请求与穿透请求的差异：