Java中如何实现缓存穿透分析解决方案-小浪学习网

缓存穿透是指查询一个数据库中肯定不存在的数据，导致每次请求都打到数据库，解决方案有：1. 使用布隆过滤器，通过bit数组和哈希函数高效判断key是否存在，但有一定误判率；2. 缓存空对象，在数据库无数据时缓存空对象以减少后续请求；3. 接口层校验，对请求参数进行合法性校验，防止非法请求到达数据库。

Java中如何实现缓存穿透分析解决方案

缓存穿透，简单来说，就是查询一个数据库里肯定不存在的数据。由于缓存中没有，每次请求都会打到数据库，如果这种请求量很大，数据库就可能扛不住。

Java中如何实现缓存穿透分析解决方案

解决方案：

Java中如何实现缓存穿透分析解决方案

布隆过滤器：高效判断 Key 是否存在

布隆过滤器是一种概率型数据结构，能告诉你“可能存在”或“肯定不存在”。它的优点是空间效率和查询效率都很高，缺点是有一定的误判率（false positive）。

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工作原理：

Java中如何实现缓存穿透分析解决方案

初始化： 创建一个 bit 数组，所有位初始化为 0。定义 k 个不同的哈希函数。
添加元素： 将元素通过 k 个哈希函数计算出 k 个哈希值，然后将 bit 数组中对应的 k 个位置置为 1。
查询元素： 将元素通过 k 个哈希函数计算出 k 个哈希值，检查 bit 数组中对应的 k 个位置是否都为 1。如果都为 1，则“可能存在”，否则“肯定不存在”。

Java 实现示例（使用 guava）：

import com.google.common.hash.BloomFilter; import com.google.common.hash.Funnels;  public class BloomFilterExample {      private static final int EXPECTED_INSERTIONS = 1000; // 预期的插入数量     private static final double FPP = 0.01; // 误判率      private static BloomFilter<Integer> bloomFilter = BloomFilter.create(             Funnels.integerFunnel(),             EXPECTED_INSERTIONS,             FPP);      public static void main(String[] args) {         // 假设数据库中存在 1 到 100 的数据         for (int i = 1; i <= 100; i++) {             bloomFilter.put(i);         }          // 测试不存在的数据         System.out.println("Checking if 101 exists: " + bloomFilter.mightContain(101)); // 可能返回 true (误判) 或 false         System.out.println("Checking if 2 exists: " + bloomFilter.mightContain(2)); // 肯定返回 true     } }

使用场景：

在缓存之前，先通过布隆过滤器判断 Key 是否存在，如果不存在，直接返回，避免查询缓存和数据库。
适用于数据量大，且 Key 的变化不频繁的场景。

需要注意：

布隆过滤器有一定的误判率，因此不能完全避免缓存穿透。
如果数据变化频繁，需要定期更新布隆过滤器。

缓存空对象：简单粗暴但有效

当数据库查询结果为空时，仍然将这个空结果缓存起来，下次再请求这个 Key 时，直接从缓存返回。

实现方式：

public Object getFromCache(String key) {     Object cacheValue = cache.get(key);     if (cacheValue == null) {         Object dbValue = getDataFromDB(key);         if (dbValue == null) {             // 缓存空对象             cache.put(key, new NullValue(), CACHE_EXPIRATION_TIME); // NullValue 是一个自定义的空对象         } else {             cache.put(key, dbValue, CACHE_EXPIRATION_TIME);             return dbValue;         }     }      if (cacheValue instanceof NullValue) {         return null; // 返回 null 表示数据不存在     }      return cacheValue; }  // 自定义空对象 class NullValue {}

优点：