spring cache注解@Cacheable缓存穿透详解
时间：2022-11-03 10:30:56|栏目：JAVA代码|点击： 次
最近发现线上监控有个SQL调用量很大，但是方法的调用量不是很大，查看接口实现，发现接口是做了缓存操作的，使用Spring cache缓存注解结合tair实现缓存操作。
但是为啥SQL调用量这么大，难道缓存没有生效。测试发现缓存是正常的，分析了代码发现，代码存在缓存穿透的风险。
具体注解是这样的
@Cacheable(value = "storeDeliveryCoverage", key = "#sellerId + '|' + #cityCode", unless = "#result == null")
unless = "#result == null"表明接口返回值不为空的时候才缓存，如果线上有大量不合法的请求参数过来，由于为空的不会缓存起来，每次请求都打到DB上，导致DB的sql调用量巨大，给了黑客可乘之机，风险还是很大的。
找到原因之后就修改，查询结果为空的时候兜底一个null，把这句unless = "#result == null"条件去掉测试了一下，发现为空的话还是不会缓存。于是debug分析了一波源码，终于发现原来是tair的问题。
由于tair自身的特性，无法缓存null。既然无法缓存null，那我们就兜底一个空对象进去，取出来的时候把空对象转化为null。
基于这个思路我把Cache的实现改造了一下
@Override
public void put(Object key, Object value) {
if (value == null) {
// 为空的话，兜底一个空对象，防止缓存穿透(由于tair自身特性不允许缓存null对象的原因，这里缓存一个空对象)
value = new Nil();
}
if (value instanceof Serializable) {
final String tairKey = String.format("%s:%s", this.name, key);
final ResultCode resultCode = this.tairManager.put(
this.namespace,
tairKey,
(Serializable) value,
0,
this.timeout
);
if (resultCode != ResultCode.SUCCESS) {
TairSpringCache.log.error(
String.format(
"[CachePut]: unable to put %s => %s into tair due to: %s",
key,
value,
resultCode.getMessage()
)
);
}
} else {
throw new RuntimeException(
String.format(
"[CachePut]: value %s is not Serializable",
value
)
);
}
}
Nil类默认是一个空对象，这里给了个内部类：
static class Nil implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = -9138993336039047508L;
}
取缓存的get方法实现
@Override
public ValueWrapper get(Object key) {
final String tairKey = String.format("%s:%s", this.name, key);
final Result<DataEntry> result = this.tairManager.get(this.namespace, tairKey);
if (result.isSuccess() && (result.getRc() == ResultCode.SUCCESS)) {
final Object obj = result.getValue().getValue();
// 缓存为空兜底的是Nil对象，这里返回的时候需要转为null
if (obj instanceof Nil) {
return null;
}
return () -> obj;
}
return null;
}
改好了之后，测试一下，结果发现还是没有生效，缓存没有兜底，请求都打到DB上了。
debug走一遍，看了下Cache的源码，终于发现关键问题所在(具体实现流程参考上一篇：Spring Cache- 缓存拦截器( CacheInterceptor))：
private Object execute(final CacheOperationInvoker invoker, Method method, CacheOperationContexts contexts) {
// Special handling of synchronized invocation
if (contexts.isSynchronized()) {
CacheOperationContext context = contexts.get(CacheableOperation.class).iterator().next();
if (isConditionPassing(context, CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT)) {
Object key = generateKey(context, CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT);
Cache cache = context.getCaches().iterator().next();
try {
return wrapCacheValue(method, cache.get(key, new Callable<Object>() {
@Override
public Object call() throws Exception {
return unwrapReturnValue(invokeOperation(invoker));
}
}));
}
catch (Cache.ValueRetrievalException ex) {
// The invoker wraps any Throwable in a ThrowableWrapper instance so we
// can just make sure that one bubbles up the stack.
throw (CacheOperationInvoker.ThrowableWrapper) ex.getCause();
}
}
else {
// No caching required, only call the underlying method
return invokeOperation(invoker);
}
}
// 处理beforeIntercepte=true的缓存删除操作
processCacheEvicts(contexts.get(CacheEvictOperation.class), true,
CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT);
// 从缓存中查找，是否有匹配@Cacheable的缓存数据
Cache.ValueWrapper cacheHit = findCachedItem(contexts.get(CacheableOperation.class));
// 如果@Cacheable没有被缓存，那么就需要将数据缓存起来，这里将@Cacheable操作收集成CachePutRequest集合，以便后续做@CachePut缓存数据存放。
List<CachePutRequest> cachePutRequests = new LinkedList<CachePutRequest>();
if (cacheHit == null) {
collectPutRequests(contexts.get(CacheableOperation.class),
CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT, cachePutRequests);
}
Object cacheValue;
Object returnValue;
//如果没有@CachePut操作，就使用@Cacheable获取的结果（可能也没有@Cableable，所以result可能为空）。
if (cacheHit != null && cachePutRequests.isEmpty() && !hasCachePut(contexts)) {
//如果没有@CachePut操作，并且cacheHit不为空，说明命中缓存了，直接返回缓存结果
cacheValue = cacheHit.get();
returnValue = wrapCacheValue(method, cacheValue);
}
else {
// 否则执行具体方法内容，返回缓存的结果
returnValue = invokeOperation(invoker);
cacheValue = unwrapReturnValue(returnValue);
}
// Collect any explicit @CachePuts
collectPutRequests(contexts.get(CachePutOperation.class), cacheValue, cachePutRequests);
// Process any collected put requests, either from @CachePut or a @Cacheable miss
for (CachePutRequest cachePutRequest : cachePutRequests) {
cachePutRequest.apply(cacheValue);
}
// Process any late evictions
processCacheEvicts(contexts.get(CacheEvictOperation.class), false, cacheValue);
return returnValue;
}
根据key从缓存中查找，返回的结果是ValueWrapper，它是返回结果的包装器:
private Cache.ValueWrapper findCachedItem(Collection<CacheOperationContext> contexts) {
Object result = CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT;
for (CacheOperationContext context : contexts) {
if (isConditionPassing(context, result)) {
Object key = generateKey(context, result);
Cache.ValueWrapper cached = findInCaches(context, key);
if (cached != null) {
return cached;
}
else {
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("No cache entry for key '" + key + "' in cache(s) " + context.getCacheNames());
}
}
}
}
return null;
}
private Cache.ValueWrapper findInCaches(CacheOperationContext context, Object key) {
for (Cache cache : context.getCaches()) {
Cache.ValueWrapper wrapper = doGet(cache, key);
if (wrapper != null) {
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Cache entry for key '" + key + "' found in cache '" + cache.getName() + "'");
}
return wrapper;
}
}
return null;
}
这里判断缓存是否命中的逻辑是根据cacheHit是否为空，而cacheHit是ValueWrapper类型，查看ValueWrapper是一个接口，它的实现类是SimpleValueWrapper，这是一个包装器，将缓存的结果包装起来了。
而我们前面的get方法取缓存的时候如果为Nil对象，返回的是null，这样缓存判断出来是没有命中，即cacheHit==null，就会去执行具体方法朔源。
所以到这里已经很清晰了，关键问题是get取缓存的结果如果是兜底的Nil对象，应该返回new SimpleValueWrapper(null)。
应该返回包装器，包装的是缓存的对象为null。
测试了一下，发现ok了
具体源码如下：
/**
* 基于tair的缓存，适配spring缓存框架
*/
public class TairSpringCache implements Cache {
private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(TairSpringCache.class);
private TairManager tairManager;
private final String name;
private int namespace;
private int timeout;
public TairSpringCache(String name, TairManager tairManager, int namespace) {
this(name, tairManager, namespace, 0);
}
public TairSpringCache(String name, TairManager tairManager, int namespace, int timeout) {
this.name = name;
this.tairManager = tairManager;
this.namespace = namespace;
this.timeout = timeout;
}
@Override
public String getName() {
return this.name;
}
@Override
public Object getNativeCache() {
return this.tairManager;
}
@Override
public ValueWrapper get(Object key) {
final String tairKey = String.format("%s:%s", this.name, key);
final Result<DataEntry> result = this.tairManager.get(this.namespace, tairKey);
if (result.isSuccess() && (result.getRc() == ResultCode.SUCCESS)) {
final Object obj = result.getValue().getValue();
// 缓存为空兜底的是Nil对象，这里返回的时候需要转为null
if (obj instanceof Nil) {
return () -> null;
}
return () -> obj;
}
return null;
}
@Override
public <T> T get(Object key, Class<T> type) {
return (T) this.get(key).get();
}
public <T> T get(Object o, Callable<T> callable) {
return null;
}
@Override
public void put(Object key, Object value) {
if (value == null) {
// 为空的话，兜底一个空对象，防止缓存穿透(由于tair自身特性不允许缓存null对象的原因，这里缓存一个空对象)
value = new Nil();
}
if (value instanceof Serializable) {
final String tairKey = String.format("%s:%s", this.name, key);
final ResultCode resultCode = this.tairManager.put(
this.namespace,
tairKey,
(Serializable) value,
0,
this.timeout
);
if (resultCode != ResultCode.SUCCESS) {
TairSpringCache.log.error(
String.format(
"[CachePut]: unable to put %s => %s into tair due to: %s",
key,
value,
resultCode.getMessage()
)
);
}
} else {
throw new RuntimeException(
String.format(
"[CachePut]: value %s is not Serializable",
value
)
);
}
}
public ValueWrapper putIfAbsent(Object key, Object value) {
final ValueWrapper vw = this.get(key);
if (vw.get() == null) {
this.put(key, value);
}
return vw;
}
@Override
public void evict(Object key) {
final String tairKey = String.format("%s:%s", this.name, key);
final ResultCode resultCode = this.tairManager.delete(this.namespace, tairKey);
if ((resultCode == ResultCode.SUCCESS)
|| (resultCode == ResultCode.DATANOTEXSITS)
|| (resultCode == ResultCode.DATAEXPIRED)) {
return;
}
else {
final String errMsg = String.format(
"[CacheDelete]: unable to evict key %s, resultCode: %s",
key,
resultCode
);
TairSpringCache.log.error(errMsg);
throw new RuntimeException(errMsg);
}
}
@Override
public void clear() {
//TODO fgz: implement here later
}
public void setTairManager(TairManager tairManager) {
this.tairManager = tairManager;
}
public void setNamespace(int namespace) {
this.namespace = namespace;
}
public void setTimeout(int timeout) {
this.timeout = timeout;
}
static class Nil implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = -9138993336039047508L;
}
}
测试用例就不贴了。
