缓存是提高网站性能的重要手段，而 Redis 作为一款高性能的内存数据库，被广泛应用于网站开发中。然而，伴随着缓存操作的增多，却也出现了一个被称为“缓存穿透”的难题。
所谓缓存穿透，指的是一些恶意攻击者通过构造一些不存在于数据库中的 key，频繁地向 Redis 中查询，从而造成缓存雪崩的严重后果。本文将从原理、危害及解决方案三个方面，详细分析 Redis 缓存穿透问题，并给出相应的解决方案。
Redis 缓存穿透的原理
Redis 是一款 key-value 数据库，每个 key 对应一个 value，并将数据存储在内存中，因此速度极快。因此，网站开发人员习惯于通过缓存将热点数据放在 Redis 中，以快速响应客户端请求。
而当客户端向 Redis 发起请求时，Redis 会检查请求中的 key 是否存在，如果存在则返回对应的 value，如果不存在则将请求转发到数据库中查询。然而，在缓存穿透攻击的情况下，攻击者会构造一些不存在于数据库中的 key，频繁向 Redis 发送请求，这时 Redis 会将全部请求都转发到数据库中，导致查询数据库的次数急剧增加，从而降低了网站的性能。
缓存穿透的危害
缓存穿透可能会导致以下几种危害：
- 浪费大量的数据库资源。
- 降低网站性能，导致网站响应时间加长。
- 由于频繁地访问数据库，可能会导致数据库崩溃，从而引发连锁反应，导致网站瘫痪。
因此，我们必须要采取有效的解决方案，避免缓存穿透问题的出现。
解决方案
方案一：布隆过滤器
布隆过滤器（Bloom Filter）是一种快速且占用空间较小的数据结构，常用于判断一个元素是否在集合中。布隆过滤器中存储了一些 hash 函数，通过这些 hash 函数将元素映射到一个二进制向量中，并将相应位置标记为 1。当一个元素进入布隆过滤器中时，它的每个 hash 值被映射到二进制向量上，将相应的位置标记为 1。在查询元素是否在集合中时，将元素的 hash 值映射到二进制向量上，查看相应的位置是否都为 1，如果都为 1，则说明该元素可能存在于集合中。
在使用布隆过滤器时，我们需要在 Redis 中建立一个布隆过滤器，每当一个请求到达时，先将该请求的 key 传入布隆过滤器中验证，如果不存在则说明该 key 不存在于 Redis 中，直接返回 null 值即可。
示例代码如下：
-- -------------------- ---- -------
----- ----- - -----------------
----- ----------- - ------------------------
----- ------ - ---------------------
----- ------ - --- ---------------- - ----- --- ---
----- -------- --------------------- -
-- ------------------ -
------ -----
-
------ ----- ---------------------
-
----- -------- -------------- ------ -
----- -------------------- -------
----------------
-方案二：缓存空对象
由于 Redis 中不存在的 key 返回 null 值，因此我们可以在 Redis 中存储一个空对象，表示此 key 查询过但查询结果为空。
示例代码如下：
-- -------------------- ---- -------
----- ----- - -----------------
----- ------ - ---------------------
----- -------- --------------------- -
----- ---- - ----- ---------------------
-- ----- --- ----- -
------ -----
-
-- ----- --- ----- -
------ ---
-
------ -----------------
-
----- -------- -------------- ------ -
-- ------ --- ----- -
----- -------------------- ------
- ---- -
----- -------------------- -----------------------
-
-方案三：缓存过期时间
我们可以为 Redis 中的每个 key 设置一个过期时间，当一个不存在于数据库中的 key 被查询时，Redis 会将其缓存一段时间（一般为几分钟），过了有效期之后再查询数据库中是否存在。
示例代码如下：
-- -------------------- ---- -------
----- ----- - -----------------
----- ------ - ---------------------
----- -------- --------------------- -
----- ---- - ----- ---------------------
-- ----- --- ----- -
------ -----
-
-- ----- --- ----- -
------ ---
-
------ -----------------
-
----- -------- -------------- ------ -
-- ------ --- ----- -
----- ---------------------- ---- ------
- ---- -
----- ---------------------- ---- -----------------------
-
-总结
缓存穿透是一个非常棘手的问题，我们需要通过布隆过滤器、缓存空对象、缓存过期时间等多种方式来避免缓存穿透问题的发生。然而，我们也不能一开始就将信誉度掏空，而是需要通过黑名单、IP 屏蔽等方式来避免恶意攻击者的入侵，从而保证网站的正常运行。
来源：JavaScript中文网 ，转载请注明来源 https://www.javascriptcn.com/post/64aa305348841e989465b5af