穿透Redis，保护你的缓存（redis缓存防止穿透）

穿透Redis，保护你的缓存

Redis是一款高性能的缓存数据库，常用于加速访问数据库的数据读取。但是，如果用户在缓存中查询一个不存在的key，就会导致缓存穿透问题，即大量请求瞬间涌入数据库，导致数据库崩溃。为了避免这种情况的发生，我们需要加强Redis的保护，避免缓存穿透。

一、缓存穿透的原因

Redis通常使用hash table作为内存缓存，根据key进行查找，如果查找失败会从数据库中获取数据并生成新的缓存。这样一个正常的流程，但是，如果一个不存在的key被查询，就会直接查不到结果，进而缓存也无法产生，用户的请求就会直接涌向数据库，引发缓存穿透。

二、穿透Redis的方法

为了防止缓存穿透，我们需要采用一些方法来增强Redis的保护。常见的方法有如下几种：

1. 布隆过滤器

布隆过滤器是一种高效的数据结构，可以快速地判断某个元素是否在集合中。具体实现过程是：先将所有可能的key都存进布隆过滤器中，然后每次查询缓存时，先请求布隆过滤器，判断该key是否存在。如果不存在，则直接返回查询失败，不需要去查询数据库。这种方法虽然不能完美地解决缓存穿透的问题，但是能够大大减少数据库的压力。

2. 缓存空对象

当查询结果为空时，将这个key和一个空对象一起缓存起来。这样即使有恶意攻击者试图查询不存在的key，也能够返回一个空对象，而不是去查询数据库。空对象的缓存时间一般较短，防止缓存中存储了过期的对象。

3. 热点数据预热

有些数据在某个时间段内被查询非常频繁，被称为热点数据。我们可以在系统启动的时候，将这些热点数据预先加载到Redis中。这样，当用户查询这些热点数据时，就能直接从缓存中获取，避免了向数据库请求的情况。

三、代码实现

以下是使用Java语言实现缓存穿透防护的示例代码：

1. 使用布隆过滤器：

public class RedisBloomFilter {
    private Jedis jedis;

    private BloomFilter bloomFilter;
    public RedisBloomFilter() {
        jedis = new Jedis("localhost");
        bloomFilter = BloomFilter.create(Funnels.stringFunnel(Charset.defaultCharset()), 1000000);
    }
    public boolean isExist(String key) {
        if (!bloomFilter.mightContn(key)) {
            return false;
        }
        return jedis.get(key) != null;
    }
    public void add(String key) {
        jedis.set(key, "1");
        bloomFilter.put(key);
    }
}

在使用时，可以先将所有可能存在的key都添加进布隆过滤器中：

RedisBloomFilter bloomFilter = new RedisBloomFilter();
bloomFilter.add("key1");
bloomFilter.add("key2");
// 添加更多的key

在查询时，先判断是否存在于布隆过滤器中：

if (!bloomFilter.isExist(key)) {
    // 查询失败
}

2. 缓存空对象：

public class RedisCache {
    private Jedis jedis;

    public RedisCache() {
        jedis = new Jedis("localhost");
    }

    public Object get(String key) {
        String value = jedis.get(key);
        if (value == null) {
            return null;
        }
        if (value.equals("null")) {
            return null;
        }
        return JSON.parse(value);
    }
    public void set(String key, Object value) {
        if (value == null) {
            jedis.setex(key, 60, "null");
        } else {
            jedis.setex(key, 60, JSON.toJSONString(value));
        }
    }

}

在查询时，如果返回的是null，则说明缓存中没有该对象：

RedisCache cache = new RedisCache();
Object result = cache.get(key);
if (result == null) {
    // 查询失败
}

在设置缓存时，注意要设置较短的缓存时间：

cache.set(key, value);

3. 热点数据预热：

public class RedisCache {
    private Jedis jedis;

    public RedisCache() {
        jedis = new Jedis("localhost");
    }

    public void preHeat(String key, Object value) {
        jedis.set(key, JSON.toJSONString(value));
    }

}

在系统启动时，可以将所有热点数据预先设置入缓存中：

RedisCache cache = new RedisCache();
cache.preHeat("hotKey1", hotValue1);
cache.preHeat("hotKey2", hotValue2);
// 预热更多热点数据

四、总结

缓存穿透是一个常见的问题，但是我们可以通过布隆过滤器、缓存空对象和热点数据预热等方法对Redis进行保护，避免缓存穿透问题的发生。在实际应用中，应根据具体业务需求选择适当的方法进行缓存保护。