利用Redis防止缓存穿透的原理浅析（redis缓存穿透原理）

利用Redis防止缓存穿透的原理浅析

缓存穿透是指当缓存中没有需要查询的数据时，就需要从数据库中获取数据。但如果恶意攻击者请求一个不存在的键，每次都会访问数据库，这种情况就称为缓存穿透。缓存穿透不仅会占用大量的资源，还会降低应用程序的性能。

为防止缓存穿透发生，可以使用Redis作为缓存中间件来解决。Redis是一个内存数据库，它可以将数据存储在内存中，从而提高缓存的访问速度。

Redis防止缓存穿透的原理是通过布隆过滤器实现的。布隆过滤器可以用于检测一个元素是否在一个集合中，它的基本原理是使用多个哈希函数将元素映射到不同的位，将位数组初始化为0，当一个元素被查询时，将其哈希到多个位上，如果所有的位都是1，则认为元素存在于集合中，否则认为元素不存在于集合中。

在使用Redis防止缓存穿透时，首先需要将查询过的成功结果和失败结果都进行缓存。当有一个查询请求到来时，先通过布隆过滤器判断该请求是否合法，如果合法，则从缓存中查找数据，如果缓存中不存在数据，则从数据库中查询，并将结果存入缓存中；如果该请求不合法，则直接返回空结果，不需要进行数据库查询。

以下是使用Python实现布隆过滤器的代码：

import math
import mmh3
from bitarray import bitarray
class BloomFilter:
    def __init__(self, n, false_positive):
        self.n = n
        self.false_positive = false_positive
        self.m = int(math.ceil((n * math.log(false_positive)) / math.log(1.0 / (pow(2.0, math.log(2.0)))))) 
        self.k = int(math.ceil((self.m / n) * math.log(2.0)))
        self.bit_array = bitarray(self.m)
        self.bit_array.setall(0)
    def add(self, key):
        for i in range(self.k):
            index = mmh3.hash(key, i) % self.m
            self.bit_array[index] = 1
    def __contns__(self, key):
        for i in range(self.k):
            index = mmh3.hash(key, i) % self.m
            if self.bit_array[index] == 0:
                return False
        return True

使用Redis防止缓存穿透的代码如下：

import redis
from bloomfilter import BloomFilter

def query_data_from_redis(key):
    r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)
    data = r.get(key)
    if data:
        return data
    else:
        return None

def query_data_from_db(key):
    # fetch data from database
    data = ...
    # save data to redis cache
    r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)
    r.set(key, data)
    return data

# init bloom filter
bf = BloomFilter(100000, 0.01)
def query_data(key):
    if key in bf:
        data = query_data_from_redis(key)
        if data:
            return data
        else:
            data = query_data_from_db(key)
            return data
    else:
        return None

在以上代码中，首先定义了一个BloomFilter，用于判断查询请求是否合法。在查询数据时，先通过BloomFilter判断请求是否合法，如果请求合法，则从Redis缓存中获取数据，如果Redis缓存中不存在数据，则从数据库中查询，并将结果存入Redis缓存中。如果请求不合法，则直接返回None。

通过以上方式，可以有效地防止缓存穿透的发生，并提高应用程序的性能。