diff --git a/src/dns_cache.c b/src/dns_cache.c
index 1cbeb99..4df641f 100644
--- a/src/dns_cache.c
+++ b/src/dns_cache.c
@@ -77,7 +77,8 @@ static void _dns_cache_delete(struct dns_cache *dns_cache)
 	hash_del(&dns_cache->node);
 	list_del_init(&dns_cache->list);
 	atomic_dec(&dns_cache_head.num);
-	dns_cache_data_free(dns_cache->cache_data);
+	dns_cache_data_put(dns_cache->cache_data);
+	dns_cache->cache_data = NULL;
 	free(dns_cache);
 }
 
@@ -125,15 +126,6 @@ const char *dns_cache_get_dns_group_name(struct dns_cache *dns_cache)
 	return dns_cache->info.dns_group_name;
 }
 
-void dns_cache_data_free(struct dns_cache_data *data)
-{
-	if (data == NULL) {
-		return;
-	}
-
-	free(data);
-}
-
 struct dns_cache_data *dns_cache_new_data_addr(void)
 {
 	struct dns_cache_addr *cache_addr = malloc(sizeof(struct dns_cache_addr));
@@ -145,6 +137,7 @@ struct dns_cache_data *dns_cache_new_data_addr(void)
 	cache_addr->head.cache_type = CACHE_TYPE_NONE;
 	cache_addr->head.size = sizeof(struct dns_cache_addr) - sizeof(struct dns_cache_data_head);
 	cache_addr->head.magic = MAGIC_CACHE_DATA;
+	atomic_set(&cache_addr->head.ref, 1);
 
 	return (struct dns_cache_data *)cache_addr;
 }
@@ -230,6 +223,7 @@ struct dns_cache_data *dns_cache_new_data_packet(void *packet, size_t packet_len
 	cache_packet->head.cache_type = CACHE_TYPE_PACKET;
 	cache_packet->head.size = packet_len;
 	cache_packet->head.magic = MAGIC_CACHE_DATA;
+	atomic_set(&cache_packet->head.ref, 1);
 
 	return (struct dns_cache_data *)cache_packet;
 }
@@ -292,9 +286,6 @@ static int _dns_cache_replace(struct dns_cache_key *cache_key, int ttl, int spee
 	if (cache_data) {
 		old_cache_data = dns_cache->cache_data;
 		dns_cache->cache_data = cache_data;
-		if (old_cache_data == cache_data) {
-			old_cache_data = NULL;
-		}
 	}
 	if (update_time) {
 		time(&dns_cache->info.insert_time);
@@ -306,7 +297,7 @@ static int _dns_cache_replace(struct dns_cache_key *cache_key, int ttl, int spee
 	pthread_mutex_unlock(&dns_cache_head.lock);
 
 	if (old_cache_data) {
-		dns_cache_data_free(old_cache_data);
+		dns_cache_data_put(old_cache_data);
 	}
 	dns_cache_release(dns_cache);
 	return 0;
@@ -398,9 +389,10 @@ static int _dns_cache_insert(struct dns_cache_info *info, struct dns_cache_data
 			_dns_cache_remove(del_cache);
 		}
 	}
-	pthread_mutex_unlock(&dns_cache_head.lock);
+
 	dns_cache_get(dns_cache);
 	dns_timer_add(&dns_cache->timer);
+	pthread_mutex_unlock(&dns_cache_head.lock);
 
 	return 0;
 errout:
@@ -421,7 +413,7 @@ int dns_cache_insert(struct dns_cache_key *cache_key, int ttl, int speed, int ti
 	}
 
 	if (dns_cache_head.size <= 0) {
-		dns_cache_data_free(cache_data);
+		dns_cache_data_put(cache_data);
 		return 0;
 	}
 
@@ -517,14 +509,20 @@ int dns_cache_get_cname_ttl(struct dns_cache *dns_cache)
 	time(&now);
 
 	struct dns_cache_addr *cache_addr = (struct dns_cache_addr *)dns_cache_get_data(dns_cache);
+	if (cache_addr == NULL) {
+		ttl = 0;
+		goto out;
+	}
 
 	if (cache_addr->head.cache_type != CACHE_TYPE_ADDR) {
-		return 0;
+		ttl = 0;
+		goto out;
 	}
 
 	ttl = dns_cache->info.insert_time + cache_addr->addr_data.cname_ttl - now;
 	if (ttl < 0) {
-		return 0;
+		ttl = 0;
+		goto out;
 	}
 
 	int addr_ttl = dns_cache_get_ttl(dns_cache);
@@ -533,7 +531,13 @@ int dns_cache_get_cname_ttl(struct dns_cache *dns_cache)
 	}
 
 	if (ttl < 0) {
-		return 0;
+		ttl = 0;
+		goto out;
+	}
+
+out:
+	if (cache_addr) {
+		dns_cache_data_put((struct dns_cache_data *)cache_addr);
 	}
 
 	return ttl;
@@ -554,7 +558,35 @@ int dns_cache_is_soa(struct dns_cache *dns_cache)
 
 struct dns_cache_data *dns_cache_get_data(struct dns_cache *dns_cache)
 {
-	return dns_cache->cache_data;
+	struct dns_cache_data *cache_data;
+	pthread_mutex_lock(&dns_cache_head.lock);
+	dns_cache_data_get(dns_cache->cache_data);
+	cache_data = dns_cache->cache_data;
+	pthread_mutex_unlock(&dns_cache_head.lock);
+	return cache_data;
+}
+
+void dns_cache_data_get(struct dns_cache_data *cache_data)
+{
+	if (atomic_inc_return(&cache_data->head.ref) == 1) {
+		tlog(TLOG_ERROR, "BUG: dns_cache data is invalid.");
+		return;
+	}
+
+	return;
+}
+
+void dns_cache_data_put(struct dns_cache_data *cache_data)
+{
+	if (cache_data == NULL) {
+		return;
+	}
+
+	if (!atomic_dec_and_test(&cache_data->head.ref)) {
+		return;
+	}
+
+	free(cache_data);
 }
 
 int dns_cache_is_visited(struct dns_cache *dns_cache)
@@ -625,10 +657,11 @@ static int _dns_cache_read_to_cache(struct dns_cache_record *cache_record, struc
 		goto errout;
 	}
 
+	dns_cache_data_get(cache_data);
+
 	daemon_keepalive();
 
-	/* keep cache_data */
-	return -2;
+	return 0;
 errout:
 	return -1;
 }
@@ -676,6 +709,7 @@ static int _dns_cache_read_record(int fd, uint32_t cache_number, dns_cache_read_
 		}
 
 		memcpy(&cache_data->head, &data_head, sizeof(data_head));
+		atomic_set(&cache_data->head.ref, 1);
 		ret = read(fd, cache_data->data, data_head.size);
 		if (ret != data_head.size) {
 			tlog(TLOG_ERROR, "read cache data failed, %s", strerror(errno));
@@ -687,20 +721,17 @@ static int _dns_cache_read_record(int fd, uint32_t cache_number, dns_cache_read_
 		cache_record.info.domain[DNS_MAX_CNAME_LEN - 1] = '\0';
 		cache_record.info.dns_group_name[DNS_GROUP_NAME_LEN - 1] = '\0';
 		ret = callback(&cache_record, cache_data);
-		if (ret == -2) {
-			cache_data = NULL;
-		} else if (ret != 0) {
+		dns_cache_data_put(cache_data);
+		cache_data = NULL;
+		if (ret != 0) {
 			goto errout;
-		} else {
-			free(cache_data);
-			cache_data = NULL;
 		}
 	}
 
 	return 0;
 errout:
 	if (cache_data) {
-		free(cache_data);
+		dns_cache_data_put(cache_data);
 	}
 	return -1;
 }
@@ -763,6 +794,8 @@ static int _dns_cache_write_record(int fd, uint32_t *cache_number, struct list_h
 	struct dns_cache *tmp = NULL;
 	struct dns_cache_record cache_record;
 
+	memset(&cache_record, 0, sizeof(cache_record));
+
 	pthread_mutex_lock(&dns_cache_head.lock);
 	list_for_each_entry_safe(dns_cache, tmp, head, list)
 	{
diff --git a/src/dns_cache.h b/src/dns_cache.h
index a74f782..8e0dfb8 100644
--- a/src/dns_cache.h
+++ b/src/dns_cache.h
@@ -48,6 +48,7 @@ enum CACHE_TYPE {
 
 struct dns_cache_data_head {
 	enum CACHE_TYPE cache_type;
+	atomic_t ref;
 	int is_soa;
 	ssize_t size;
 	uint32_t magic;
@@ -130,8 +131,6 @@ uint32_t dns_cache_get_query_flag(struct dns_cache *dns_cache);
 
 const char *dns_cache_get_dns_group_name(struct dns_cache *dns_cache);
 
-void dns_cache_data_free(struct dns_cache_data *data);
-
 struct dns_cache_data *dns_cache_new_data_packet(void *packet, size_t packet_len);
 
 typedef int (*dns_cache_callback)(struct dns_cache *dns_cache);
@@ -167,6 +166,10 @@ struct dns_cache_data *dns_cache_new_data_addr(void);
 
 struct dns_cache_data *dns_cache_get_data(struct dns_cache *dns_cache);
 
+void dns_cache_data_get(struct dns_cache_data *cache_data);
+
+void dns_cache_data_put(struct dns_cache_data *cache_data);
+
 void dns_cache_set_data_addr(struct dns_cache_data *dns_cache, char *cname, int cname_ttl, unsigned char *addr,
 							 int addr_len);
 
diff --git a/src/dns_server.c b/src/dns_server.c
index 0964ac9..e9483fd 100644
--- a/src/dns_server.c
+++ b/src/dns_server.c
@@ -1355,7 +1355,7 @@ static int _dns_server_request_update_cache(struct dns_request *request, dns_typ
 	return 0;
 errout:
 	if (cache_data) {
-		dns_cache_data_free(cache_data);
+		dns_cache_data_put(cache_data);
 	}
 	return -1;
 }
@@ -1499,7 +1499,7 @@ static int _dns_cache_cname_packet(struct dns_server_post_context *context)
 	return 0;
 errout:
 	if (cache_packet) {
-		dns_cache_data_free(cache_packet);
+		dns_cache_data_put((struct dns_cache_data *)cache_packet);
 	}
 
 	return -1;
@@ -1539,7 +1539,7 @@ static int _dns_cache_packet(struct dns_server_post_context *context)
 	return 0;
 errout:
 	if (cache_packet) {
-		dns_cache_data_free(cache_packet);
+		dns_cache_data_put((struct dns_cache_data *)cache_packet);
 	}
 
 	return -1;
@@ -4889,11 +4889,16 @@ errout:
 
 static int _dns_server_process_cache_packet(struct dns_request *request, struct dns_cache *dns_cache)
 {
+	int ret = -1;
 	struct dns_cache_packet *cache_packet = (struct dns_cache_packet *)dns_cache_get_data(dns_cache);
+	if (cache_packet == NULL) {
+		goto out;
+	}
+
 	int do_ipset = (dns_cache_get_ttl(dns_cache) == 0);
 
 	if (cache_packet->head.cache_type != CACHE_TYPE_PACKET) {
-		return -1;
+		goto out;
 	}
 
 	if (dns_cache_is_visited(dns_cache) == 0) {
@@ -4901,7 +4906,7 @@ static int _dns_server_process_cache_packet(struct dns_request *request, struct
 	}
 
 	if (dns_cache->info.qtype != request->qtype) {
-		return -1;
+		goto out;
 	}
 
 	struct dns_server_post_context context;
@@ -4912,7 +4917,7 @@ static int _dns_server_process_cache_packet(struct dns_request *request, struct
 
 	if (dns_decode(context.packet, context.packet_maxlen, cache_packet->data, cache_packet->head.size) != 0) {
 		tlog(TLOG_ERROR, "decode cache failed, %d, %d", context.packet_maxlen, context.inpacket_len);
-		return -1;
+		goto out;
 	}
 
 	request->rcode = context.packet->head.rcode;
@@ -4921,7 +4926,13 @@ static int _dns_server_process_cache_packet(struct dns_request *request, struct
 	context.do_audit = 1;
 	context.do_reply = 1;
 	context.reply_ttl = _dns_server_get_expired_ttl_reply(dns_cache);
-	return _dns_server_reply_passthrough(&context);
+	ret = _dns_server_reply_passthrough(&context);
+out:
+	if (cache_packet) {
+		dns_cache_data_put((struct dns_cache_data *)cache_packet);
+	}
+
+	return ret;
 }
 
 static int _dns_server_process_cache_data(struct dns_request *request, struct dns_cache *dns_cache)