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题目

某初创企业的主营业务是为用户提供高度个性化的商品订购业务，其业务系统支持PC端、手机App等多种访问方式。系统上线后受到用户普遍欢迎，在线用户数和订单数量迅速增长，原有的关系数据库服务器不能满足高速并发的业务要求。
为了减轻数据库服务器的压力，该企业采用了分布式缓存系统，将应用系统经常使用的数据放置在内存，降低对数据库服务器的查询请求，提高了系统性能。在使用缓存系统的过程中，企业碰到了一系列技术问题。

【问题1】

该系统使用过程中，由于同样的数据分别存在于数据库和缓存系统中，必然会造成数据同步或数据不一致性的问题。该企业团队为解决这个问题，提出了如下解决思路：应用程序读数据时，首先读缓存，当该数据不在缓存时,再读取数据库；应用程序写数据吋，先写缓存，成功后再写数据库；或者先写数据库，再写缓存。
王工认为该解决思路并未解决数据同步或数据不一致性的问题，请用100字以内的文字解释其原因。
王工给出了一种可以解决该问题的数据读写步骤如下：
读数据操作的基本步骤：
1.根据key读缓存；
2.读取成功则直接返回；
3.若key不在缓存中时，根据key (a) ；
4.读取成功后，_(b)_ ；
5.成功返回。
写数据操作的基本步骤：
1.根据key值写_（c) _；
2.成功后_(d)_ ；
3.成功返回。 .
请填写完善上述步骤中（a)~（d)处的空白内容。

【答案1】

存在双写不一致问题，在写数据时，可能存在缓存写成功，数据库写失败，或者反之，从而造成数据不一致。当多个请求发生时，也可能产生读写冲突的并发问题。

（a）从数据库中读取数据或读数据库
（b）更新缓存中key值或更新缓存
（c）数据库
（d）删除缓存key或使缓存key失效或更新缓存（key值）

【问题2】

缓存系统一般以key/value形式存储数据，在系统运维中发现,部分针对缓存的杳询，未在缓存系统中找到对应的key,从而引发了大量对数据库服务器的查询请求，最严重时甚至导致了数据库服务器的宕机。

经过运维人员的深入分析，发现存在两种情况：
(1)用户请求的key值在系统中不存在时，会查询数据库系统，加大了数据库服务器的压力；
(2)系统运行期间，发生了黒客攻击，以大量系统不存在的随机key发起了査询请求，从而导致了数据库服务器的宕机。

经过研究，研发团队决定，当在数据库中也未查找到该key时，在缓存系统中为key设置空值，防止对数据库服务器发起重复查询。 请用100字以内文字说明该设置空值方案存在的问题，并给出解决思路。

【答案2】

存在问题：不在系统中的key值是无限的，如果均设置key值为空，会造成 内存资源的极大浪费，引起性能急剧下降。

解决思路：查询缓存之前，对key值进行过滤，只允许系统中存在的key进行后续操作（例如采用key的bitmap 进行过滤）。

【问题3】

缓存系统中的key—般会存在有效期，超过有效期则key失效；有时也会根据LRU算法将某些key移出内存。当应用软件查询key时，如key失效或不在内存，会重新读取数据库，并更新缓存中的key。

运维团队发现在某些情况下，若大量的key设置了相同的失效时间，导致缓存在同一时刻众多key同时失效，或者瞬间产生对缓存系统不存在key的大量访问，或者缓存系统重启等原因，都会造成数据库服务器请求瞬时爆量，引起大量缓存更新操作，导致整个系统性能急剧下降，进而造成整个系统崩溃。
请用100字以内文字，给出解决该问题的两种不同思路。

【答案3】

思路 1：缓存失效后，通过加排它锁或者队列方式控制数据库写缓存的线程数量，使得 缓存更新串行化；

思路 2：给不同key设置随机或不同的失效时间，使失效时间的分布尽量均匀；

思路 3：设置两级或多级缓存，避免访问数据库服务器。