Redis中緩存穿透的實現(xiàn)示例
在 Redis 緩存架構(gòu)中,緩存穿透是一個容易被忽視卻可能引發(fā)嚴重后果的問題。它如同系統(tǒng)中的 “暗箭”,在緩存與數(shù)據(jù)庫之間撕開一道缺口,讓大量無效請求直接沖擊底層存儲。
緩存穿透指的是查詢一個在緩存和數(shù)據(jù)庫中都不存在的數(shù)據(jù)時,請求繞過緩存直接穿透到數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)象。由于緩存無法命中(緩存中無此數(shù)據(jù)),且數(shù)據(jù)庫也無對應(yīng)記錄,每次這類請求都會直達數(shù)據(jù)庫。?舉個典型場景:某電商平臺的商品查詢接口,正常請求會攜帶合法商品 ID(如 1001、1002),但如果有攻擊者持續(xù)用不存在的 ID(如 - 999、10000000)發(fā)起請求,由于緩存和數(shù)據(jù)庫中都沒有這些 ID 對應(yīng)的記錄,所有請求都會直接訪問數(shù)據(jù)庫,形成緩存穿透。?
緩存穿透的出現(xiàn)并非偶然,主要源于兩類場景:?
(1)業(yè)務(wù)邏輯疏漏?:應(yīng)用程序可能因數(shù)據(jù)刪除、ID 生成規(guī)則錯誤等原因,產(chǎn)生查詢不存在數(shù)據(jù)的合理請求。例如,用戶查詢已被刪除的訂單信息,或前端表單校驗失效導(dǎo)致的無效 ID 提交。?
(2)惡意攻擊行為:?攻擊者通過構(gòu)造大量不存在的 Key(如隨機生成的用戶 ID、商品 ID)發(fā)起高頻請求,利用緩存穿透特性消耗數(shù)據(jù)庫資源。這類攻擊具有隱蔽性強、流量集中的特點,容易對系統(tǒng)造成突發(fā)性沖擊。?
緩存穿透看似只是 “查詢無效數(shù)據(jù)”,但其累積效應(yīng)可能引發(fā)連鎖反應(yīng):?
(1)數(shù)據(jù)庫資源耗盡:大量穿透請求會占用數(shù)據(jù)庫連接池資源,導(dǎo)致正常請求因無法獲取連接而超時。?
(2)系統(tǒng)響應(yīng)延遲:數(shù)據(jù)庫在處理無效請求時的開銷,會拖慢整體查詢響應(yīng)速度,影響用戶體驗。?
(3)服務(wù)可用性下降:極端情況下,數(shù)據(jù)庫可能因過載宕機,導(dǎo)致依賴其提供服務(wù)的應(yīng)用整體崩潰。?
針對緩存穿透的特性,目前業(yè)界已形成多種成熟解決方案,實際應(yīng)用中可根據(jù)場景組合使用。?主要如下:
(1) 緩存空值
當(dāng)數(shù)據(jù)庫返回空結(jié)果時,將空值存入緩存并設(shè)置較短過期時間(如 5-60 秒)。這樣后續(xù)相同請求會從緩存獲取空值,避免穿透到數(shù)據(jù)庫。
public Product getProductById(Long id) {
// 1. 先查緩存
String cacheKey = "product:" + id;
String productJson = jedis.get(cacheKey);
if (productJson != null) {
// 緩存命中(包括空值)
return productJson.isEmpty() ? null : JSON.parseObject(productJson, Product.class);
}
// 2. 緩存未命中,查數(shù)據(jù)庫
Product product = productMapper.selectById(id);
if (product != null) {
// 3. 數(shù)據(jù)庫存在,寫入緩存(過期時間加隨機值防雪崩)
jedis.setex(cacheKey, 3600 + new Random().nextInt(100), JSON.toJSONString(product));
} else {
// 4. 數(shù)據(jù)庫不存在,緩存空值(短過期時間)
jedis.setex(cacheKey, 60, ""); // 空字符串代表不存在
}
return product;
}
// 優(yōu)點:實現(xiàn)簡單,適合突發(fā)少量無效請求場景。?
// 缺點:可能緩存大量空值鍵,浪費內(nèi)存;若過期時間設(shè)置不當(dāng),會影響數(shù)據(jù)實時性。(2) 布隆過濾器
布隆過濾器是一種空間效率極高的概率型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),可快速判斷元素是否存在于集合中。將數(shù)據(jù)庫中所有有效 Key 存入布隆過濾器,請求到達時先通過過濾器校驗,不存在的 Key 直接攔截。
// 1. 初始化布隆過濾器(單例,服務(wù)啟動時加載所有有效ID)
@Configuration
public class BloomFilterConfig {
@Bean
public BloomFilter<Long> productIdBloomFilter(ProductMapper productMapper) {
// 加載數(shù)據(jù)庫中所有有效商品ID
List<Long> allProductIds = productMapper.selectAllIds();
// 預(yù)計數(shù)據(jù)量100萬,誤判率0.01
BloomFilter<Long> filter = BloomFilter.create(Funnels.longFunnel(), 1000000, 0.01);
allProductIds.forEach(filter::put);
return filter;
}
}
// 2. 在查詢接口中使用
@Service
public class ProductService {
@Autowired
private BloomFilter<Long> productIdBloomFilter;
public Product getProductById(Long id) {
// 1. 布隆過濾器校驗,不存在直接返回
if (!productIdBloomFilter.mightContain(id)) {
return null;
}
// 2. 后續(xù)流程同緩存空值方案(查緩存→查數(shù)據(jù)庫→更新緩存)
// ...省略代碼...
}
}
//優(yōu)點:攔截效率高,適合海量數(shù)據(jù)場景,內(nèi)存占用遠低于緩存空值。?
/*缺點:存在一定誤判率(可通過參數(shù)調(diào)整);需維護過濾器與數(shù)據(jù)庫的一致性(如新增數(shù)據(jù)時同步更新過濾器)。*/(3)接口限流與惡意請求攔截?
通過限流工具(如 Sentinel、Redis 限流器)限制接口單位時間內(nèi)的請求量,同時結(jié)合風(fēng)控系統(tǒng)識別惡意 IP 并拉黑。
# Spring Cloud Gateway限流配置示例
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: product_route
uri: lb://product-service
predicates:
- Path=/product/**
filters:
- name: RequestRateLimiter
args:
redis-rate-limiter.replenishRate: 50 # 穩(wěn)定速率(每秒50個請求)
redis-rate-limiter.burstCapacity: 100 # 突發(fā)容量
key-resolver: "#{@ipKeyResolver}" # 按IP限流緩存穿透的本質(zhì)是 “無效請求的無成本穿透”,解決思路核心在于增加無效請求的穿透成本—— 無論是通過緩存空值消耗內(nèi)存,還是布隆過濾器消耗計算資源,最終目的都是為數(shù)據(jù)庫建立一道 “防護網(wǎng)”。在實際開發(fā)中,需結(jié)合業(yè)務(wù)流量特征與系統(tǒng)資源狀況,選擇最適合的方案。?
到此這篇關(guān)于Redis中緩存穿透的實現(xiàn)示例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis 緩存穿透內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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