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SpringBoot使用布隆过滤器解决缓存穿透问题

2023-10-10 08:38:09 作者：YIRC99

缓存穿透是指当缓存系统中无法命中需要的数据时,会直接请求底层存储系统（如数据库）,但是如果请求的数据根本不存在,那么大量的请求就会直接穿透缓存层,本文将给大家介绍一下SpringBoot使用布隆过滤器解决缓存穿透问题,需要的朋友可以参考下

缓存穿透基础介绍

缓存穿透是指当缓存系统中无法命中需要的数据时，会直接请求底层存储系统（如数据库），但是如果请求的数据根本不存在，那么大量的请求就会直接穿透缓存层，直接访问底层存储系统，导致底层系统压力过大，甚至崩溃。这也是缓存系统面临的一种常见攻击。

说白了就是查询大量不传在的key 绕过缓存直接查询数据库导致缓存跟不不存在一样这就是缓存穿透

场景介绍

下面说下我的场景我需要添加一个user 然后我再通过id去查询如果查询有结果那就放入缓存如果没有那就直接查询数据库 ?

这是添加user的方法

这是查询user的方法

问题描述

在这两个方法中我虽然加入的缓存的机制但是在查询user的方法中会有一个问题就是如果我查询的id是不存在的那就会一直查询数据库

@Cacheable(value = "userCache", key = "#id", condition = "#result != null")

当然你可以说我去掉注解上面的condition = "#result != null" (这句话意思是condition 条件为真才缓存) 这样就算我查询一个不存在的id 然后将一个null或者空对象返回然后再加入缓存不就可以啦下次再去查询这个不存在的id的时候就不会走数据库了

可是如果我每一次查询的都是不同的并且不存在的id呢? 那么这个问题还是无法解决那么接下来就可以引入布隆过滤器布隆过滤器具体的原理我这里就不做解释了

解决问题

第一步在maven中导入布隆过滤器事先说明导入的方法很多我的方法不一定是最优的但是一定是能行的

在pom.xml中引入依赖

        <dependency>
            <groupId>com.google.guava</groupId>
            <artifactId>guava</artifactId>
            <version>30.1-jre</version>
        </dependency>
        Guava库（Google Guava）是一个Google开发的Java工具库，
        它提供了许多常用的Java工具类和数据结构，包括布隆过滤器（Bloom Filter）

创建项目结构这个不需要解释吧能看这种文章的我相信项目结构应该都是能看懂的?

AppConfig的代码如下就是简单的注入Bean对象

@Configuration
public class AppConfig {
    @Bean
    public BloomFilterService bloomFilterService() {
        return new BloomFilterService();
    }
}

BloomFilterService的代码如下

public class BloomFilterService {
    private BloomFilter<Long> bloomFilter;
    public BloomFilterService(){
        // 创建一个布隆过滤器，设置期望插入的元素数量和误判率
        int  bloomFilterSize = 1000;  // 期望插入的元素数量
        double falsePositiveRate = 0.001; // 误判率
        bloomFilter = BloomFilter.create(Funnels.longFunnel(), bloomFilterSize, falsePositiveRate);
    }
    // 添加元素到布隆过滤器
    public void add(Long id){
        bloomFilter.put(id);
    }
    //判断元数是否在布隆过滤器中
    public boolean contains(Long id){
        return bloomFilter.mightContain(id);
    }
}

接下来就是在controller中引入并且使用布隆过滤器了

正常注入

    @Autowired
    private BloomFilterService bloomFilterService;

然后在每一次添加对象之后都将用户的id添加到布隆过滤器中

    @CachePut(value = "userCache", key = "#user.id") // value 指定缓存的名字
    @PostMapping
    public User save(User user){
        userService.save(user);
        bloomFilterService.add(user.getId()); 
        //这里注意必须要放在添加之后 因为一开始传过来的user是没有id的 会有空指针错误
        //这里利用的查询回显 不懂的可以去查查
        return user;
    }

然后更改查询方法这样每一次查询user的时候都会先过一遍布隆过滤器然后再去查询用户如果存在那么就加入缓存不传在就会被布隆过滤器拦截注意去掉, condition = "#result != null" 这个好像跟布隆有冲突如果有懂的可以在评论区提一下

    @Cacheable(value = "userCache", key = "#id")
    @GetMapping("/{id}")
    public User getById(@PathVariable Long id){
        if (!bloomFilterService.contains(id)) {
            // ID 不合法，可以返回错误响应或进行其他处理
            return null;
        }
        User byId = userService.getById(id);
        return byId;
    }

最后的效果

在添加的时候会将id添加到布隆中下一次查询的时候如果添加的数据不合法那就直接拦截

如果添加的数据是合法的那么就会直接查缓存如果缓存没有那就直接查数据库然后再加入缓存

上面的效果我自己测试了发现是没有什么问题的本人的水平也不高如果有发现什么问题欢迎评论区讨论谢谢观看

以上就是SpringBoot使用布隆过滤器解决缓存穿透问题的详细内容，更多关于SpringBoot缓存穿透的资料请关注脚本之家其它相关文章！