Redis 解决缓存雪崩 缓存穿透 缓存击穿(Redis使用必看)(1)

本文涉及的产品
云原生内存数据库 Tair,内存型 2GB
云数据库 Redis 版,社区版 2GB
推荐场景:
搭建游戏排行榜
云数据库 Redis 版,经济版 1GB 1个月
简介: Redis 解决缓存雪崩 缓存穿透 缓存击穿(Redis使用必看)(1)

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


常见的解决方案有:

  - 互斥锁
  - 逻辑过期
  - key 永不过期
  - 接口限流

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,对数据库访问压力非常大。

微信截图_20231016194048.png

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。

微信截图_20231016194103.png

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。

微信截图_20231016194150.png

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。

微信截图_20231016194200.png

解决方案三、永不过期 主动更新

解决方案四、接口限流

实战

利用互斥锁解决缓存击穿问题

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。

微信截图_20231016194239.png

操作锁的代码:

核心思路就是利用 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。

private boolean tryLock(String key, String value, long time) {
    Boolean flag = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value, time, TimeUnit.SECONDS);
    return BooleanUtil.isTrue(flag);
}
private void unlock(String key) {
    stringRedisTemplate.delete(key);
}

操作锁要注意对 value 加入标识,在释放锁之前对其进行判断是不是自己的锁,防止误删!(还要保证判断语句和释放语句的原子性 可以用 lua 脚本)

核心代码:

public Shop queryWithMutex(Long 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;
  long current_thread_id = Thread.currentThread().getId();
    Shop shop = null;
    try {
        boolean isLock = tryLock(lockKey, current_thread_id, 10);
        // 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
        Object o = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);
        if(o != null && (String)o.equals(current_thread_id)){
            unlock(lockKey);
        }
    }
    return shop;
}

利用逻辑过期解决缓存击穿问题

略…O(∩_∩)O~


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