解决注册缓存穿透

出现原因

在高并发情况下，可能有大量新用户同时注册，输入的用户名极有可能不存于数据库中，而且这些查询数据库的key也不会被写入缓存，造成每次请求都查不到缓存，直接查询数据库，给数据库造成巨大压力。

其他解决方案

对不存在的key进行缓存

对不存在的 Key 进行缓存，值设为 Null，并设置短暂过期时间，如 60 秒。

问题

对用户体验不好，假如有一个人注册了a名字，那别人在过期时间都不能注册这名字

而且如果同时有大量并发请求查询不同的名字，数据库还是会秒挂

Redis Set 存储已注册用户名

使用确定的数据结构如 Redis 的 Set 集合来存储已注册用户名，判断时检查是否在集合内。

问题

永久存储十几亿的用户名到 Redis 缓存中显然不太现实，因为这会占用大量的内存资源。

即使是临时存储，注册用户名还是很有可能在缓存中查询不到数据，仍然无法避免查询数据库的场景。

即使进行分片，也会增加系统的复杂度。

由于该方案占用内存较多且复杂度较高，因此不适合实际应用。

分布式锁

针对高并发注册场景，可以先查询缓存，如果不命中则使用分布式锁来保证只有一个线程访问数据库。

问题

虽然一定程度上可以解决缓存穿透问题，但是如果在用户注册高峰期，只有一个线程访问数据库，这可能会导致大量用户的注册请求缓慢或超时，对用户的使用体验来说并不友好。

12306 解决注册穿透方案

12306如何解决用户注册缓存穿透问题？

使用布隆过滤器，将所有已注册的用户名存入布隆过滤器，查询时先判断该用户名是否在布隆过滤器中，不在的一定不存在，避免直接查询数据库。

但是如果用户注销了账号，该用户名就可以再次被使用。然而，布隆过滤器由于无法删除元素，因此无法处理这种情况。

为此，我们可以用Redis Set结构储存已注销的用户名。

当其他用户查询用户名是否已被使用时，首先检查布隆过滤器是否包含该用户名。

如果布隆过滤器不存在这个名字，说明未被注册，返回成功

如果布隆过滤器存在此名字，进一步检查Redis Set结构中是否包含该用户名。如果有，则代表用户名虽然已被注册但是后来又被注销，可以使用此用户名，返回成功。

如果不存在，则代表该用户名在使用中，尚未注销，因此不可用，返回失败。

出现问题

如果用户频繁申请账号再注销，可能导致用户注销可复用的 Username Redis Set 结构变得庞大，增加了存储和查询的负担。

为了防止这种情况，我采取了以下解决方案：

1. 异常行为限制：每次用户注销时，记录用户的证件号，并限制证件号仅可用于注销五次。超过这个限制的次数，将禁止该证件号再次用于注册账号。
2. 缓存分片处理：对Set 结构进行分片，根据用户名的 HashCode 进行取模操作，将数据分散存储在 1024 个 Set 结构中，从而有效防止Redis 大 Key 问题。