Redis缓存击穿问题及解决思路

太过爱你忘了你带给我的痛 2023-09-24 18:42 14阅读 0赞

## 一.什么是缓存击穿 ##

缓存击穿问题也叫热点Key问题，就是一个被高并发访问并且缓存重建业务较复杂的key突然失效了，无数的请求访问会在瞬间给数据库带来巨大的冲击。

逻辑分析：假设线程1在查询缓存之后，本来应该去查询数据库，然后把这个数据重新加载到缓存的，此时只要线程1走完这个逻辑，其他线程就都能从缓存中加载这些数据了，但是假设在线程1没有走完的时候，后续的线程2，线程3，线程4同时过来访问当前这个方法， 那么这些线程都不能从缓存中查询到数据，那么他们就会同一时刻来访问查询缓存，都没查到，接着同一时间去访问数据库，同时的去执行数据库代码，对数据库访问压力过大

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## 二.解决缓存击穿的方法 ##

常见的解决方案有两种：

*  互斥锁

*  逻辑过期

### 2.1互斥锁 ###

解决方案一、使用锁来解决：

因为锁能实现互斥性。假设线程过来，只能一个人一个人的来访问数据库，从而避免对于数据库访问压力过大，但这也会影响查询的性能，因为此时会让查询的性能从并行变成了串行，我们可以采用tryLock方法 + double check来解决这样的问题。

假设现在线程1过来访问，他查询缓存没有命中，但是此时他获得到了锁的资源，那么线程1就会一个人去执行逻辑，假设现在线程2过来，线程2在执行过程中，并没有获得到锁，那么线程2就可以进行到休眠，直到线程1把锁释放后，线程2获得到锁，然后再来执行逻辑，此时就能够从缓存中拿到数据了。

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### 2.2逻辑过期 ###

解决方案二、逻辑过期方案

方案分析：我们之所以会出现这个缓存击穿问题，主要原因是在于我们对key设置了过期时间，假设我们不设置过期时间，其实就不会有缓存击穿的问题，但是不设置过期时间，这样数据不就一直占用我们内存了吗，我们可以采用逻辑过期方案。

我们把过期时间设置在 redis的value中，注意：这个过期时间并不会直接作用于redis，而是我们后续通过逻辑去处理。

假设线程1去查询缓存，然后从value中判断出来当前的数据已经过期了，此时线程1去获得互斥锁，那么其他线程会进行阻塞，获得了锁的线程他会开启一个 线程去进行 以前的重构数据的逻辑，直到新开的线程完成这个逻辑后，才释放锁， 而线程1直接进行返回，假设现在线程3过来访问，由于线程线程2持有着锁，所以线程3无法获得锁，线程3也直接返回数据，只有等到新开的线程2把重建数据构建完后，其他线程才能走返回正确的数据。

这种方案巧妙在于，异步的构建缓存，缺点在于在构建完缓存之前，返回的都是脏数据。

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### 2.3两种方案进行对比 ###

**互斥锁方案：**由于保证了互斥性，所以数据一致，且实现简单，因为仅仅只需要加一把锁而已，也没其他的事情需要操心，所以没有额外的内存消耗，缺点在于有锁就有死锁问题的发生，且只能串行执行性能肯定受到影响

**逻辑过期方案：** 线程读取过程中不需要等待，性能好，有一个额外的线程持有锁去进行重构数据，但是在重构数据完成前，其他的线程只能返回之前的数据，且实现起来麻烦

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## **三.利用互斥锁解决缓存击穿问题** ##

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核心思路：相较于原来从缓存中查询不到数据后直接查询数据库而言，现在的方案是 进行查询之后，如果从缓存没有查询到数据，则进行互斥锁的获取，获取互斥锁后，判断是否获得到了锁，如果没有获得到，则休眠，过一会再进行尝试，直到获取到锁为止，才能进行查询

如果获取到了锁的线程，再去进行查询，查询后将数据写入redis，再释放锁，返回数据，利用互斥锁就能保证只有一个线程去执行操作数据库的逻辑，防止缓存击穿

**操作锁的代码：**

核心思路：利用redis的setnx方法来表示获取锁。

该方法含义是redis中如果没有这个key，则插入成功，返回1，在stringRedisTemplate中返回true； 如果有这个key则插入失败，则返回0，在stringRedisTemplate返回false。

我们可以通过true，或者是false，来表示是否有线程成功插入key，成功插入的key的线程我们认为他就是获得到锁的线程。

//加锁
    private boolean tryLock(String key) {
        Boolean flag = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "1", 10, TimeUnit.SECONDS);
        return BooleanUtil.isTrue(flag);
    }
    //释放锁
    private void unlock(String key) {
        stringRedisTemplate.delete(key);
    }

**操作代码：**

public Shop queryWithMutex(Long id)  {
            //Redis前缀+id
            String key = CACHE_SHOP_KEY + id;
            // 1、从redis中查询商铺缓存
            String shopJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get("key");
            // 2、判断是否存在
            if (StrUtil.isNotBlank(shopJson)) {
                // 存在,直接返回
                return JSONUtil.toBean(shopJson, Shop.class);
            }
            //判断命中的值是否是空值
            if (shopJson != null) {
                //返回一个错误信息
                return null;
            }
            // 4.实现缓存重构
            //4.1 获取互斥锁
            String lockKey = "lock:shop:" + id;
            Shop shop = null;
            try {
                boolean isLock = tryLock(lockKey);
                // 4.2 判断否获取成功
                if(!isLock){
                    //4.3 失败，则休眠重试
                    Thread.sleep(50);
                    return queryWithMutex(id);
                }
                //4.4 成功，根据id查询数据库
                 shop = getById(id);
                // 5.不存在，返回错误
                if(shop == null){
                     //将空值写入redis
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set(key,"",CACHE_NULL_TTL,TimeUnit.MINUTES);
                    //返回错误信息
                    return null;
                }
                //6.写入redis
                stringRedisTemplate.opsForValue().set(key,JSONUtil.toJsonStr(shop),CACHE_NULL_TTL,TimeUnit.MINUTES);
    
            }catch (Exception e){
                throw new RuntimeException(e);
            }
            finally {
                //7.释放互斥锁
                unlock(lockKey);
            }
            return shop;
        }

## **四.利用逻辑过期解决缓存击穿问题** ##

**需求：修改根据id查询商铺的业务，基于逻辑过期方式来解决缓存击穿问题**

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思路分析：当用户开始查询redis时，判断是否命中，如果没有命中则直接返回空数据，不查询数据库，而一旦命中后，将value取出，判断value中的过期时间是否满足，如果没有过期，则直接返回redis中的数据，如果过期，则在开启独立线程后直接返回之前的数据，独立线程去重构数据，重构完成后释放互斥锁。

**步骤一、**

新建一个实体类，我们采用第二个方案，这个方案，对原来代码没有侵入性。

@Data
    public class RedisData {
        private LocalDateTime expireTime;
        private Object data;
    }

**步骤二、**

在**ShopServiceImpl** 新增此方法，利用单元测试进行缓存预热

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**在测试类中**

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步骤三：正式代码

**ShopServiceImpl**

private static final ExecutorService CACHE_REBUILD_EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(10);
    public Shop queryWithLogicalExpire( Long id ) {
        String key = CACHE_SHOP_KEY + id;
        // 1.从redis查询商铺缓存
        String json = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);
        // 2.判断是否存在
        if (StrUtil.isBlank(json)) {
            // 3.存在，直接返回
            return null;
        }
        // 4.命中，需要先把json反序列化为对象
        RedisData redisData = JSONUtil.toBean(json, RedisData.class);
        Shop shop = JSONUtil.toBean((JSONObject) redisData.getData(), Shop.class);
        LocalDateTime expireTime = redisData.getExpireTime();
        // 5.判断是否过期
        if(expireTime.isAfter(LocalDateTime.now())) {
            // 5.1.未过期，直接返回店铺信息
            return shop;
        }
        // 5.2.已过期，需要缓存重建
        // 6.缓存重建
        // 6.1.获取互斥锁
        String lockKey = LOCK_SHOP_KEY + id;
        boolean isLock = tryLock(lockKey);
        // 6.2.判断是否获取锁成功
        if (isLock){
            CACHE_REBUILD_EXECUTOR.submit( ()->{
    
                try{
                    //重建缓存
                    this.saveShop2Redis(id,20L);
                }catch (Exception e){
                    throw new RuntimeException(e);
                }finally {
                    unlock(lockKey);
                }
            });
        }
        // 6.4.返回过期的商铺信息
        return shop;

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