Redis穿透防止血崩的坚实靠山（redis穿透与血崩）

Redis穿透：防止血崩的坚实靠山

使用Redis作为高并发系统的缓存服务器是非常常见的做法，它不仅可以减轻数据库的负载，而且还可以提高系统的访问速度。但是，当缓存击穿和缓存雪崩发生时，会导致系统崩溃，甚至可能引起一系列的连锁反应。而其中比较严重的一种情况就是缓存穿透，本文将介绍什么是缓存穿透以及如何在Redis中避免它。

什么是缓存穿透？

缓存穿透是指用户查询一个不存在的数据，由于缓存中也不存在该数据，无法命中缓存，因此每次都会去访问数据库，这样会导致大量的请求全部压到数据库上，造成数据库负载急剧增加，甚至崩溃。攻击者可以通过特意构造不存在的Key来进行攻击，比如使用特殊字符或者恶意攻击，就可以触发缓存穿透。

如何避免缓存穿透？

为了避免缓存穿透，我们可以采取以下几种措施：

1. 使用Bloom Filter过滤器

Bloom Filter是一种判断一个元素是否存在的数据结构，它能够高效地判断一个元素是否存在于某个集合中，而且它的空间复杂度相对于集合来说比较小，但是误判率比较高，因此需要权衡空间复杂度和误判率。我们可以将缓存中存在的Key放入Bloom Filter过滤器中，在查询缓存是否存在时，先判断Key是否存在于Bloom Filter中，如果不存在，则可以直接返回空结果，如果存在，则继续查询缓存。

下面是使用Redis实现Bloom Filter的代码：

“`python

import redis

import math

class BloomFilter:

def __init__(self, key, capacity, error_rate=0.001):

self.capacity = capacity

self.error_rate = error_rate

self.num_bits = int(-capacity * math.log2(error_rate) / math.log(2) ** 2)

self.num_hashes = int(self.num_bits * math.log(2) / capacity + 0.5)

self.redis_cli = redis.Redis()

self.key = key

def add(self, ele):

for i in range(self.num_hashes):

hash_val = hash(ele + str(i)) % self.num_bits

self.redis_cli.setbit(self.key, hash_val, 1)

def exists(self, ele):

for i in range(self.num_hashes):

hash_val = hash(ele + str(i)) % self.num_bits

if not self.redis_cli.getbit(self.key, hash_val):

return False

return True

2. 缓存空值

对于不存在的Key，我们可以将空值缓存到Redis中，这样下次查询时，如果再次查询不存在的Key，就会命中缓存，从而避免了对数据库的访问。但是，需要注意的是，如果空值被缓存太久的话，会导致后面有合法数据之后，一直都返回空值，会造成缓存中的数据不一致，因此需要设置合适的过期时间，比如5分钟。

下面是设置空值缓存的代码：

```python
def get_data(key):
    data = cache.get(key)

    if data is None:
        # 如果缓存为空，则查询数据库
        data = query_db(key)

        # 如果查询结果不为空，则缓存结果
        if data:
            cache.set(key, data, ttl=300)

        # 如果查询结果为空，则缓存空值
        else:
            cache.set(key, '', ttl=300)

    return data if data != '' else None

3. 缓存雪崩

缓存雪崩是指缓存中大量的Key同时失效，导致大量的请求全部流向数据库，从而引发系统崩溃。为了避免缓存雪崩，我们可以采取以下几种措施：

– 设置合适的缓存过期时间，避免缓存同时过期。

– 采用二级缓存，将缓存分为两层，一级缓存存放常用数据，二级缓存存放不常用数据，从而分散缓存失效的压力。

– 对于热数据，可以采用预热的方式，在系统启动时把热数据先缓存到Redis中，避免冷启动时出现大量的缓存穿透。

– 使用限流降级等技术，当缓存失效时，暂时降低对缓存的依赖，从而保护数据库。

结语

Redis作为高并发系统中重要的组件之一，其正确使用对于整个系统的稳定性和性能是非常重要的。本文介绍了缓存穿透的原因和避免方法，每一位开发者在进行Redis缓存方案设计时，都应该充分考虑这方面的问题，保证系统的高可用性和稳定性。