Redis（84）如何解决Redis的缓存击穿问题？

缓存击穿的概念

缓存击穿（Cache Breakdown）指的是在某一个热点缓存数据过期的瞬间，有大量并发请求同时访问这个数据，而该数据在缓存中不存在，因此所有的请求都打到数据库上，导致数据库压力过大，可能引起系统性能问题。

解决缓存击穿的方法

为了解决缓存击穿问题，可以采取以下策略：

互斥锁（Mutex）：在缓存失效时，只有一个线程去加载数据，其他线程等待。
永不过期：热点数据的缓存永不过期，只在数据更新时主动去更新缓存。
预加载：在缓存即将过期之前，提前加载数据到缓存。

以下是这几种解决方法的详细代码示例：

1. 互斥锁（Mutex）

通过加锁的方式，控制缓存失效时只有一个线程去加载数据，其他线程等待，从而避免大量请求同时打到数据库。

示例代码：

java 复制代码

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.params.SetParams;

public class CacheBreakdownWithLockExample {
    private Jedis jedis;

    public CacheBreakdownWithLockExample(Jedis jedis) {
        this.jedis = jedis;
    }

    public String getCachedData(String key, DataProvider provider, int cacheTime) {
        String value = jedis.get(key);
        if (value != null) {
            return value;
        }

        String lockKey = key + ":lock";
        String requestId = String.valueOf(Thread.currentThread().getId());

        // 尝试加锁
        boolean locked = tryGetLock(lockKey, requestId, 30000); // 锁定30秒
        if (locked) {
            try {
                value = provider.getData();
                if (value != null) {
                    jedis.setex(key, cacheTime, value);
                }
            } finally {
                releaseLock(lockKey, requestId);
            }
        } else {
            // 等待一段时间后重试
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return getCachedData(key, provider, cacheTime);
        }
        return value;
    }

    private boolean tryGetLock(String lockKey, String requestId, int expireTime) {
        SetParams params = new SetParams().nx().px(expireTime);
        String result = jedis.set(lockKey, requestId, params);
        return "OK".equals(result);
    }

    private void releaseLock(String lockKey, String requestId) {
        if (requestId.equals(jedis.get(lockKey))) {
            jedis.del(lockKey);
        }
    }

    public interface DataProvider {
        String getData();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
        CacheBreakdownWithLockExample cache = new CacheBreakdownWithLockExample(jedis);

        String key = "dataKey";
        int cacheTime = 3600; // 缓存 1 小时

        String value = cache.getCachedData(key, () -> {
            // 模拟数据库查询
            return "dataValue";
        }, cacheTime);

        System.out.println("Cached Value: " + value);

        jedis.close();
    }
}

2. 永不过期

对于热点数据，设置其缓存为永不过期，只在数据更新时主动去更新缓存。

示例代码：

java 复制代码

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class CacheBreakdownWithNoExpireExample {
    private Jedis jedis;

    public CacheBreakdownWithNoExpireExample(Jedis jedis) {
        this.jedis = jedis;
    }

    public void setCachedData(String key, String value) {
        jedis.set(key, value); // 设置为永不过期
    }

    public String getCachedData(String key) {
        return jedis.get(key);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
        CacheBreakdownWithNoExpireExample cache = new CacheBreakdownWithNoExpireExample(jedis);

        String key = "dataKey";
        String value = "dataValue";

        // 设置缓存数据
        cache.setCachedData(key, value);

        // 获取缓存数据
        String cachedValue = cache.getCachedData(key);
        System.out.println("Cached Value: " + cachedValue);

        jedis.close();
    }
}

3. 预加载

在缓存即将过期之前，提前加载数据到缓存中，防止缓存失效带来的问题。

示例代码：

java 复制代码

import redis.clients.jedis.Jedis;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CacheBreakdownWithPreloadExample {
    private Jedis jedis;

    public CacheBreakdownWithPreloadExample(Jedis jedis) {
        this.jedis = jedis;
    }

    public void setCachedData(String key, String value, int cacheTime) {
        jedis.setex(key, cacheTime, value);
    }

    public String getCachedData(String key) {
        return jedis.get(key);
    }

    public void preloadCache(String key, DataProvider provider, int cacheTime, int preloadTime) {
        ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
            String value = provider.getData();
            if (value != null) {
                jedis.setex(key, cacheTime, value);
            }
        }, 0, preloadTime, TimeUnit.SECONDS);
    }

    public interface DataProvider {
        String getData();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
        CacheBreakdownWithPreloadExample cache = new CacheBreakdownWithPreloadExample(jedis);

        String key = "dataKey";
        int cacheTime = 3600; // 缓存 1 小时
        int preloadTime = 3500; // 预加载时间 3500 秒

        // 模拟数据预加载
        cache.preloadCache(key, () -> {
            // 模拟数据库查询
            return "dataValue";
        }, cacheTime, preloadTime);

        // 获取缓存数据
        String cachedValue = cache.getCachedData(key);
        System.out.println("Cached Value: " + cachedValue);

        jedis.close();
    }
}

总结

通过以上示例代码，您可以分别采用互斥锁、永不过期和预加载等方法来解决Redis的缓存击穿问题。合理使用这些方法，可以有效避免热点数据失效时对数据库的瞬时压力，提高系统的稳健性和可用性。