Java Cache缓存穿透如何解决

缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据，由于缓存是不命中时需要从数据库查询，查不到数据则不写入缓存，这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询，造成缓存穿透。以下是几种解决缓存穿透的方法：

1. 布隆过滤器（Bloom Filter）

布隆过滤器是一种空间效率极高的概率型数据结构，用于判断一个元素是否在一个集合中。它可以告诉你一个元素“可能在集合中”或“肯定不在集合中”。

• 优点：可以有效地减少对数据库的无效查询。
• 缺点：有一定的误判率，即可能会将不存在的数据误判为存在。

2. 缓存空对象

当查询数据库返回空结果时，也将这个空结果缓存起来，并设置一个较短的过期时间。

public Object get(String key) {
    Object value = cache.get(key);
    if (value == null) {
        value = db.query(key);
        if (value == null) {
            cache.put(key, new NullObject());
            // 设置一个较短的过期时间
            cache.expire(key, 60);
        } else {
            cache.put(key, value);
        }
    }
    return value;
}

3. 使用互斥锁（Mutex Lock）

在缓存失效的时候，不是立即去加载数据库，而是先使用互斥锁，保证只有一个线程去加载数据，其他线程等待结果。

public Object get(String key) {
    Object value = cache.get(key);
    if (value == null) {
        String lockKey = "lock:" + key;
        if (cache.tryLock(lockKey)) {
            try {
                value = cache.get(key); // 再次检查缓存
                if (value == null) {
                    value = db.query(key);
                    cache.put(key, value);
                }
            } finally {
                cache.unlock(lockKey);
            }
        } else {
            // 等待一段时间后重试
            Thread.sleep(100);
            return get(key);
        }
    }
    return value;
}

4. 使用布隆过滤器 + 缓存空对象

结合布隆过滤器和缓存空对象的方法，可以进一步减少无效查询。

public Object get(String key) {
    if (bloomFilter.mightContain(key)) {
        Object value = cache.get(key);
        if (value == null) {
            value = db.query(key);
            if (value == null) {
                cache.put(key, new NullObject());
                cache.expire(key, 60);
            } else {
                cache.put(key, value);
            }
        }
        return value;
    } else {
        return null; // 直接返回null，避免无效查询
    }
}

5. 使用二级缓存

使用两级缓存架构，第一级缓存是本地缓存（如Caffeine），第二级缓存是分布式缓存（如Redis）。当本地缓存失效时，再去分布式缓存查询，如果分布式缓存也不存在，则查询数据库并更新两级缓存。

public Object get(String key) {
    Object value = localCache.getIfPresent(key);
    if (value == null) {
        value = distributedCache.getIfPresent(key);
        if (value == null) {
            value = db.query(key);
            if (value == null) {
                localCache.put(key, new NullObject());
                distributedCache.put(key, new NullObject());
                distributedCache.expire(key, 60);
            } else {
                localCache.put(key, value);
                distributedCache.put(key, value);
            }
        } else {
            localCache.put(key, value);
        }
    }
    return value;
}

选择哪种方法取决于具体的应用场景和需求。布隆过滤器和缓存空对象是比较常用的方法，可以有效地解决缓存穿透问题。