网站首页 > 厂商资讯 > 禾蛙 >

如何在Java后端服务中实现缓存穿透与缓存击穿？

在当今互联网时代，随着用户量的激增和业务量的扩大，如何提高Java后端服务的性能和稳定性成为了开发者和运维人员关注的焦点。其中，缓存穿透和缓存击穿是两个常见的性能瓶颈问题。本文将深入探讨如何在Java后端服务中实现缓存穿透与缓存击穿，并提供一些实用的解决方案。

一、缓存穿透与缓存击穿的概念

缓存穿透：当查询一个不存在的数据时，请求会穿透缓存，直接访问数据库，导致数据库压力增大，甚至崩溃。
缓存击穿：当热点数据从缓存中失效后，大量的请求会同时去访问数据库，导致数据库瞬间压力增大，从而引发系统崩溃。

二、缓存穿透的解决方案

布隆过滤器：布隆过滤器是一种空间效率很高的概率型数据结构，可以用来检测一个元素是否在一个集合中。在Java中，可以使用Google Guava库中的BloomFilter类来实现。

import com.google.common.hash.BloomFilter;

import com.google.common.hash.Funnels;



public class BloomFilterExample {

    private BloomFilter bloomFilter = BloomFilter.create(Funnels.stringFunnel(Charset.defaultCharset()), 10000, 0.01);



    public void add(String element) {

        bloomFilter.put(element);

    }



    public boolean mightContain(String element) {

        return bloomFilter.mightContain(element);

    }

}

缓存空值：当查询一个不存在的数据时，将一个特殊的空值存储到缓存中，例如使用"null"或"empty"等。

public void queryData(String key) {

    String value = cache.get(key);

    if ("null".equals(value)) {

        return null;

    }

    // 处理数据

}

数据库查询缓存：在数据库层面实现缓存，当查询一个不存在的数据时，数据库会返回一个特殊的空值，然后由应用层处理。

三、缓存击穿的解决方案

设置热点数据过期时间：为热点数据设置一个较短的过期时间，避免大量请求同时访问数据库。
```
public void setHotData(String key, String value) {

    cache.set(key, value, 60, TimeUnit.SECONDS);

}
```

使用分布式锁：当热点数据从缓存中失效后，使用分布式锁来控制访问数据库的请求，避免大量请求同时访问数据库。

public void queryHotData(String key) {

    if (lock.tryLock()) {

        try {

            String value = cache.get(key);

            if (value == null) {

                value = database.query(key);

                cache.set(key, value, 60, TimeUnit.SECONDS);

            }

        } finally {

            lock.unlock();

        }

    }

}

使用队列：当热点数据从缓存中失效后，将请求放入队列中，然后按顺序处理，避免大量请求同时访问数据库。
```
public void queryHotData(String key) {

    if (queue.offer(key)) {

        // 处理数据

    }

}
```

四、案例分析

假设一个电商网站，用户可以查询商品信息。当用户查询一个不存在的商品时，会触发缓存穿透，导致数据库压力增大。为了解决这个问题，可以在缓存中存储一个特殊的空值，例如"not_found"。当用户查询一个不存在的商品时，缓存会返回"not_found"，然后应用层可以返回一个友好的提示信息。

当用户查询一个热门商品时，会触发缓存击穿，导致数据库压力增大。为了解决这个问题，可以为热门商品设置一个较短的过期时间，例如60秒。当热门商品从缓存中失效后，请求会按照顺序处理，避免大量请求同时访问数据库。

五、总结

缓存穿透和缓存击穿是Java后端服务中常见的性能瓶颈问题。通过使用布隆过滤器、缓存空值、设置热点数据过期时间、使用分布式锁和队列等解决方案，可以有效避免这些问题，提高系统的性能和稳定性。在实际开发中，需要根据具体业务场景选择合适的解决方案，并进行充分的测试和优化。