Redis缓存穿透

Redis缓存穿透是指当客户端请求的数据在缓存中不存在，而且在数据库中也不存在的情况。这种情况下，客户端的每次请求都会穿过缓存直接查询数据库，如果大量此类请求发生，会对数据库造成很大压力，可能导致数据库服务瓦解。

原因分析

缓存穿透问题通常发生在以下场景：

1. 恶意攻击：攻击者故意请求不可能存在的数据，导致缓存未命中并请求数据库。
2. 系统缺陷：由于代码错误或配置问题，客户端可能会请求不存在的数据。

在Java应用中防止Redis缓存穿透，可以通过以下几种方法实现：

1. 空值缓存：当从数据库中查询不到数据时，将一个空对象或特定标记放入缓存，并设置一个较短的过期时间。
2. 布隆过滤器：使用布隆过滤器预先判断键是否可能存在。
3. 请求限制：通过接口限流等手段限制客户端的请求频率。

Java代码演示

以下是一个Java代码示例，它展示了如何使用Jedis客户端和Guava的布隆过滤器实现上述方法：

第一步 - 引入依赖

在你的pom.xml文件中，你需要添加Jedis和Guava的依赖。

<dependencies>
    
    <dependency>
        <groupId>redis.clientsgroupId>
        <artifactId>jedisartifactId>
        <version>3.6.0version>
    dependency>
    
    <dependency>
        <groupId>com.google.guavagroupId>
        <artifactId>guavaartifactId>
        <version>30.1-jreversion>
    dependency>
dependencies>

第二步 - 创建布隆过滤器和Redis客户端

import com.google.common.hash.BloomFilter;
import com.google.common.hash.Funnels;
import redis.clients.jedis.Jedis;

public class CacheService {

    private Jedis jedis;
    private BloomFilter<String> bloomFilter;

    public CacheService() {
        // 初始化Redis客户端
        this.jedis = new Jedis("localhost", 6379);
        
        // 初始化布隆过滤器
        this.bloomFilter = BloomFilter.create(
            Funnels.stringFunnel(),
            10000,
            0.01
        );
        
        // 假设这里是数据库中所有可能的键
        // 在实际应用中，你可以在初始化时从数据库加载这些键
        for (String key : databaseKeys) {
            bloomFilter.put(key);
        }
    }
    
    public String getData(String key) {
        // 检查布隆过滤器
        if (!bloomFilter.mightContain(key)) {
            // 键不在布隆过滤器中，返回空值
            return null;
        }
        
        // 查询缓存
        String cachedData = jedis.get(key);
        if (cachedData != null) {
            return cachedData; // 缓存命中
        }
        
        // 缓存未命中，查询数据库
        String data = queryDatabase(key);
        
        // 数据库中也不存在，缓存空值
        if (data == null) {
            jedis.setex(key, 300, "EMPTY"); // 设置300秒过期的空值
            return null;
        }
        
        // 数据库中存在，缓存结果
        jedis.setex(key, 3600, data); // 假设设置3600秒过期时间
        return data;
    }
    
    private String queryDatabase(String key) {
        // 这里应该有数据库查询逻辑
        // 简洁起见，此处省略该逻辑
        return null;
    }
}

第三步 - 使用CacheService

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        CacheService cacheService = new CacheService();
        
        // 尝试获取数据，可能的键或不可能存在的键
        String data = cacheService.getData("possibleKey");
        
        // 输出结果，如果数据不存在，返回值将是null
        System.out.println(data);
    }
}

细节说明

• 布隆过滤器初始化: 需要预估元素数量和可接受的错误率，以避免过多的假阳性。
• 错误处理: 代码中应当加入适当的异常处理逻辑，以确保应对Redis服务不可用、网络问题等情况。
• 空值标记: 代码中使用"EMPTY"字符串表示空值，你可以根据实际情况使用其他占位符。
• 缓存失效时间: 设置空值的缓存时间（300秒）较短，以防止占用太多存储无用数据。对于正常数据，缓存时间可以更长（3600秒）。
• 安全性: 在实际应用中，建议使用连接池管理Redis连接，并对Redis进行适当的安全配置。
• 并发处理: 布隆过滤器在多线程环境中可能需要加锁或使用其他并发控制机制。

以上示例代码仅为解决缓存穿透问题的参考，实际应用中需要根据业务需求和环境进行调整优化。