Java 缓存技术中的缓存穿透处理

Java 缓存技术一直是优化应用性能中不可或缺的一部分，其中缓存穿透处理也是一项必须掌握的技术。本文将介绍缓存穿透的概念以及处理方法，同时介绍一些常用的缓存框架对于缓存穿透的处理方式。

什么是缓存穿透？

缓存穿透是指攻击者无法在缓存中找到所需数据，从而导致缓存系统不断查询数据库或其他存储后端，使服务端资源消耗严重，甚至导致服务瘫痪的现象。通常情况下，缓存通常都会把请求中的参数作为缓存的 key 值，因此攻击者可以通过构造不存在于缓存中的 key 值，不断访问缓存系统，从而造成缓存穿透。

缓存穿透的危害？

缓存穿透会对服务端造成较大的负载压力，因为每次请求都从后端查询数据，这可能会导致后端服务器崩溃或者系统崩溃。此外，缓存穿透还会严重影响服务的响应时间，从而降低用户体验。

如何解决缓存穿透？

为了解决缓存穿透问题，开发人员通常采用以下方法：

1. 布隆过滤器

布隆过滤器是一种数据结构，可以在大数据集合中比较快速地检查一个元素是否存在，且在内存占用方面非常经济。开发人员可以使用布隆过滤器实现缓存穿透问题的解决。

在使用布隆过滤器时，开发人员需要先将所有可能出现的查询条件事先放在布隆过滤器中进行过滤，如果 bloomFilter 返回 false，则该查询条件不存在，不需要查询数据库，并且无需将该 key 值保存在缓存中，反之，则通过缓存查询数据库或者其他存储后端获取数据。

2. 缓存空对象

在常见的缓存技术中，例如 Redis 等，缓存是有过期时间的。针对缓存穿透问题，开发人员可以在缓存中设置一个空对象，用来代替缓存中不存在的数据。如果访问的 key 值不存在于缓存中，则返回空对象，并设置较短的过期时间，一定时间过后再次访问缓存，缓存不存在该对象时，再查询后端数据。

3. 缓存击穿

缓存击穿指的是访问的 key 值存在于数据库或者存储后端中，但是由于访问量太大或者缓存过期导致该数据经常从数据库中读取，使得访问的业务性能变得异常缓慢。为了解决缓存击穿问题，开发人员通常使用并发控制方式和分布式锁等技术来控制并发访问量。

常用缓存框架的缓存穿透处理方式

1. Ehcache

在 Ehcache 中，开发人员通过实现 CacheLoader 接口，可以自定义数据源的读取方式。如果查询数据为 null，可以设置一个缺省值返回给缓存，然后再将其存储在缓存中，并设置较短的过期时间。

2. Redis

在 Redis 中，开发人员可以配置 setnx 操作控制并发访问。当第一个请求进入 Redis 时，使用 setnx 设置一条键值对，并设置过期时间，其他线程等待之后通过 get 操作共享该值。如果后续的请求同时进入了 Redis，则会等待第一个请求的过程结束，这样就可以控制访问量了。

3. Memcached

在 Memcached 中，采用 LRU（最近最少使用）算法淘汰旧的缓存数据，这样可以保证 Memcached 的访问效率。如果缓存未命中，则返回一个默认值，并在缓存中设置该键值对为一个很短的过期时间。

结论

缓存穿透是一种常见的性能问题，容易影响系统的稳定性和用户体验。因此，开发人员需要采用适当的解决方法，如布隆过滤器、缓存空对象、缓存击穿等，来处理此类问题。常用的缓存框架如 Ehcache、Redis 和 Memcached，都提供了相应的缓存穿透解决方案，开发人员可以根据具体的业务需求进行选择。