Redis是一款非常高效的缓存系统，它可以快速地处理大量的数据请求，让网站的访问速度变得更快。然而，有时候也会出现Redis缓存穿透的问题。Redis缓存穿透是指大量请求一个不存在于缓存中的key，导致每次请求都要去找数据库，造成了不必要的开销和资源浪费。本文将讲解Redis缓存穿透的原因以及解决方案。
一、Redis缓存穿透的原因
Redis缓存穿透的原因主要是由于恶意攻击、缓存过期、业务代码缺陷等导致。其中最常见的原因是恶意攻击。
1、恶意攻击
恶意攻击是Redis缓存穿透的主要原因之一。攻击者会通过访问不存在的key，来消耗服务器资源，甚至造成服务器宕机等问题。攻击者可以通过穷举每一个可能的key，一次一次地去访问，从而让服务器不堪重负。解决这个问题的办法是对请求进行鉴权、限流等安全机制的部署，以保护服务器免受攻击。
2、缓存过期
缓存过期是Redis缓存穿透的另一个原因。在缓存过期之后，如果有用户访问一个不存在缓存中的key，那么就会直接去访问数据库，从而导致缓存穿透的问题。因此，在设置缓存时，需要设置合理的过期时间，以避免缓存穿透的问题发生。
3、业务代码缺陷
业务代码缺陷也可能导致Redis缓存穿透的问题。例如，当业务代码在查询数据库时，如果没有对参数进行有效性校验，那么就可能存在参数为空、参数非法等情况，导致Redis缓存穿透的问题。因此，在编写业务代码时，需要注意对参数进行校验。
二、Redis缓存穿透的解决方案
针对Redis缓存穿透的问题，有以下几种解决方案。
1、布隆过滤器
布隆过滤器是一种基于概率的数据结构，可以用于判断一个元素是否在集合中。在Redis中，可以使用布隆过滤器来判断一个请求是否合法。具体来说，系统可以将所有访问过的key都存到布隆过滤器中，当有一个请求过来时，先将请求的key进行判断，如果该key在布隆过滤器中不存在，就可以直接返回给用户，不需要再去数据库中查找。
/**
* 初始化布隆过滤器
*/
public class BloomFilter {
private static final int DEFAULT_SIZE = 2 << 24;
private static final int[] seeds = new int[]{3, 7, 11, 13, 31, 37, 61};
private BitSet bitSet = new BitSet(DEFAULT_SIZE);
private SimpleHash[] func = new SimpleHash[seeds.length];
public BloomFilter() {
for (int i = 0; i < seeds.length; i++) {
func[i] = new SimpleHash(DEFAULT_SIZE, seeds[i]);
}
}
public void add(String value) {
for (SimpleHash f : func)
bitSet.set(f.hash(value), true);
}
public boolean contains(String value) {
if (value == null) {
return false;
}
boolean ret = true;
for (SimpleHash f : func)
ret = ret && bitSet.get(f.hash(value));
return ret;
}
public static class SimpleHash {
private int cap;
private int seed;
public SimpleHash(int cap, int seed) {
this.cap = cap;
this.seed = seed;
}
public int hash(String value) {
int result = 0;
int len = value.length();
for (int i = 0; i < len; i++) {
result = seed * result + value.charAt(i);
}
return (cap - 1) & result;
}
}
}
2、缓存空间设置默认值
在设置Redis缓存空间时，可以将不存在的key设置一个默认值。例如，当一个请求访问一个不存在的key时，可以将该key的值设置为默认值，从而避免缓存穿透的问题。这种方法虽然可以有效地避免缓存穿透，但是也可能会带来新的安全问题，因此需要根据实际情况进行具体的考虑。
3、使用互斥锁
可以通过使用互斥锁来解决Redis缓存穿透的问题。例如，在查询一个key时，可以先判断缓存中是否存在该key，如果存在，则直接返回结果；如果不存在，则加锁，再次查询key是否存在，如果仍然不存在，则返回空值，释放锁。这种方法虽然可以有效地避免缓存穿透，但是多个请求同时访问同一个key时，会造成锁的竞争，从而影响系统的性能。
4、缓存预热
缓存预热可以在系统启动时，将系统的核心数据加载到缓存中，从而避免Redis缓存穿透的问题。在数据量较小的情况下，这种方法可以非常有效地减少缓存穿透的发生。
三、总结
Redis缓存穿透是一个比较常见的问题，在实际应用中需要注意对该问题进行解决。本文主要介绍了Redis缓存穿透的原因及解决方案，包括布隆过滤器、缓存空间设置默认值、使用互斥锁以及缓存预热等方法。通过对这些方法的深入了解和应用，可以有效地避免Redis缓存穿透的问题，提高系统的性能和安全性。