Redis中缓存穿透的实现示例

 更新时间:2025年07月31日 08:27:05   作者:Hoshimiya Mukuro  
本文主要介绍了Redis中缓存穿透的实现示例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

在 Redis 缓存架构中,缓存穿透是一个容易被忽视却可能引发严重后果的问题。它如同系统中的 “暗箭”,在缓存与数据库之间撕开一道缺口,让大量无效请求直接冲击底层存储。

缓存穿透指的是查询一个在缓存和数据库中都不存在的数据时,请求绕过缓存直接穿透到数据库的现象。由于缓存无法命中(缓存中无此数据),且数据库也无对应记录,每次这类请求都会直达数据库。​举个典型场景:某电商平台的商品查询接口,正常请求会携带合法商品 ID(如 1001、1002),但如果有攻击者持续用不存在的 ID(如 - 999、10000000)发起请求,由于缓存和数据库中都没有这些 ID 对应的记录,所有请求都会直接访问数据库,形成缓存穿透。​

缓存穿透的出现并非偶然,主要源于两类场景:​

(1)业务逻辑疏漏​:应用程序可能因数据删除、ID 生成规则错误等原因,产生查询不存在数据的合理请求。例如,用户查询已被删除的订单信息,或前端表单校验失效导致的无效 ID 提交。​

(2)恶意攻击行为:​攻击者通过构造大量不存在的 Key(如随机生成的用户 ID、商品 ID)发起高频请求,利用缓存穿透特性消耗数据库资源。这类攻击具有隐蔽性强、流量集中的特点,容易对系统造成突发性冲击。​

缓存穿透看似只是 “查询无效数据”,但其累积效应可能引发连锁反应:​

(1)数据库资源耗尽:大量穿透请求会占用数据库连接池资源,导致正常请求因无法获取连接而超时。​

(2)系统响应延迟:数据库在处理无效请求时的开销,会拖慢整体查询响应速度,影响用户体验。​

(3)服务可用性下降:极端情况下,数据库可能因过载宕机,导致依赖其提供服务的应用整体崩溃。​

针对缓存穿透的特性,目前业界已形成多种成熟解决方案,实际应用中可根据场景组合使用。​主要如下:

(1) 缓存空值

当数据库返回空结果时,将空值存入缓存并设置较短过期时间(如 5-60 秒)。这样后续相同请求会从缓存获取空值,避免穿透到数据库。        

public Product getProductById(Long id) {
    // 1. 先查缓存
    String cacheKey = "product:" + id;
    String productJson = jedis.get(cacheKey);
    
    if (productJson != null) {
        // 缓存命中(包括空值)
        return productJson.isEmpty() ? null : JSON.parseObject(productJson, Product.class);
    }
    
    // 2. 缓存未命中,查数据库
    Product product = productMapper.selectById(id);
    
    if (product != null) {
        // 3. 数据库存在,写入缓存(过期时间加随机值防雪崩)
        jedis.setex(cacheKey, 3600 + new Random().nextInt(100), JSON.toJSONString(product));
    } else {
        // 4. 数据库不存在,缓存空值(短过期时间)
        jedis.setex(cacheKey, 60, ""); // 空字符串代表不存在
    }
    
    return product;
}
// 优点:实现简单,适合突发少量无效请求场景。​
// 缺点:可能缓存大量空值键,浪费内存;若过期时间设置不当,会影响数据实时性。

 (2) 布隆过滤器

布隆过滤器是一种空间效率极高的概率型数据结构,可快速判断元素是否存在于集合中。将数据库中所有有效 Key 存入布隆过滤器,请求到达时先通过过滤器校验,不存在的 Key 直接拦截。

// 1. 初始化布隆过滤器(单例,服务启动时加载所有有效ID)
@Configuration
public class BloomFilterConfig {
    @Bean
    public BloomFilter<Long> productIdBloomFilter(ProductMapper productMapper) {
        // 加载数据库中所有有效商品ID
        List<Long> allProductIds = productMapper.selectAllIds();
        // 预计数据量100万,误判率0.01
        BloomFilter<Long> filter = BloomFilter.create(Funnels.longFunnel(), 1000000, 0.01);
        allProductIds.forEach(filter::put);
        return filter;
    }
}

// 2. 在查询接口中使用
@Service
public class ProductService {
    @Autowired
    private BloomFilter<Long> productIdBloomFilter;
    
    public Product getProductById(Long id) {
        // 1. 布隆过滤器校验,不存在直接返回
        if (!productIdBloomFilter.mightContain(id)) {
            return null;
        }
        
        // 2. 后续流程同缓存空值方案(查缓存→查数据库→更新缓存)
        // ...省略代码...
    }
}
//优点:拦截效率高,适合海量数据场景,内存占用远低于缓存空值。​
/*缺点:存在一定误判率(可通过参数调整);需维护过滤器与数据库的一致性(如新增数据时同步更新过滤器)。*/

(3)接口限流与恶意请求拦截​

通过限流工具(如 Sentinel、Redis 限流器)限制接口单位时间内的请求量,同时结合风控系统识别恶意 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  # 稳定速率(每秒50个请求)
                redis-rate-limiter.burstCapacity: 100 # 突发容量
                key-resolver: "#{@ipKeyResolver}"     # 按IP限流

缓存穿透的本质是 “无效请求的无成本穿透”,解决思路核心在于增加无效请求的穿透成本—— 无论是通过缓存空值消耗内存,还是布隆过滤器消耗计算资源,最终目的都是为数据库建立一道 “防护网”。在实际开发中,需结合业务流量特征与系统资源状况,选择最适合的方案。​

到此这篇关于Redis中缓存穿透的实现示例的文章就介绍到这了,更多相关Redis 缓存穿透内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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