【遇见青山】项目难点：缓存击穿问题解决方案

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。

常见的解决方案有两种：

• 互斥锁
• 逻辑过期

互斥锁🔒方案

给线程添加互斥锁🔒

优点：

• 没有额外的内存消耗
• 保证一致性
• 实现简单

缺点：

• 线程需要等待，性能受影响
• 可能有死锁风险

逻辑过期方案

缓存中维护一个expire字段，代表逻辑过期时间（并非TTL值）

例如：

优点：

• 线程无需等待，性能较好

缺点：

• 不保证一致性
• 有额外内存消耗
• 实现复杂

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2.基于互斥锁方案的具体实现

需求：修改根据id查询商铺的业务，基于互斥锁方式来解决缓存击穿问题

架构流程图：

首先自定义获取锁和释放锁的方法：

/*** 尝试获取锁，解决缓存击穿问题方案** @param key key*/
private boolean tryLock(String key) {Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "1", 10, TimeUnit.SECONDS);return BooleanUtil.isTrue(aBoolean);
}/*** 删除锁，解决缓存击穿问题方案** @param key key*/
private void unlock(String key) {stringRedisTemplate.delete(key);
}

核心代码：

/*** 缓存击穿解决方案** @param id 商户id* @return 商户对象*/
public Shop queryWithMutex(Long id) {// 从redis查询商户缓存String shopJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get(CACHE_SHOP_KEY + id);// 判断商户缓存是否存在if (StringUtils.isNotBlank(shopJson)) {// 此商户缓存存在，直接返回结果return JSONUtil.toBean(shopJson, Shop.class);}// 判断命中的是否为空值 ""，防止缓存穿透if ("".equals(shopJson)) {return null;}Shop shop = null;try {// 实现缓存重建// 获取互斥锁boolean isLock = tryLock(LOCK_SHOP_KEY + id);// 判断是否取锁成功if (!isLock) {// 失败，则进入休眠并重试Thread.sleep(50);return queryWithMutex(id);}// 缓存中商户信息不存在，查询数据库shop = getById(id);// 模拟重建的延时Thread.sleep(200);// 查询数据库不存在，返回错误if (shop == null) {// 将null值写入Redis，防止缓存穿透问题stringRedisTemplate.opsForValue().set(CACHE_SHOP_KEY + id, "", CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.MINUTES);return null;}// 查询数据库存在，写入数据到Redis中stringRedisTemplate.opsForValue().set(CACHE_SHOP_KEY + id, JSONUtil.toJsonStr(shop), CACHE_SHOP_TTL, TimeUnit.MINUTES);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);} finally {// 释放互斥锁unlock(LOCK_SHOP_KEY + id);}// 返回数据给前端return shop;
}

使用JMeter做压力测试：

这里开1000个线程延时5秒：

结果：

全部请求成功！

平均QPS 200：

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3.基于逻辑过期方案的具体实现

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

设计架构图：

这里，我们如何将过期时间字段加入Redis中呢，为了不对原有的代码进行修改，最好的解决办法是封装一个带有过期时间的实体类：

/*** 逻辑过期时间的实体支持*/
@Data
public class RedisData {private LocalDateTime expireTime;private Object data;
}

创建一个将商户预热的方法：

/*** 将热点商户加入到缓存中，进行预热** @param id            商户id* @param expireSeconds 逻辑过期时间*/
public void saveShopToRedis(Long id, Long expireSeconds) {// 查询商户数据Shop shop = getById(id);// 封装逻辑过期时间对象RedisData redisData = new RedisData();redisData.setData(shop);redisData.setExpireTime(LocalDateTime.now().plusSeconds(expireSeconds));// 写入RedisstringRedisTemplate.opsForValue().set(CACHE_SHOP_KEY + id, JSONUtil.toJsonStr(redisData));
}

进行测试：

@SpringBootTest
@RunWith(SpringRunner.class)
public class QingShanApplicationTests {@Resourceprivate ShopServiceImpl shopService;/*** 添加热点商户到Redis缓存的测试类*/@Testpublic void testSaveShop() {shopService.saveShopToRedis(1L, 10L);}
}

添加热点缓存成功！

核心实现：

// 生成线程池
private static final ExecutorService CACHE_REBUILD_EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(10);/*** 逻辑过期解决缓存击穿问题* @param id 商户id* @return 商户对象*/
public Shop queryWithLogicalExpire(Long id){// 组装keyString key = RedisConstants.CACHE_SHOP_KEY + id;// 去redis中读取数据String value = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);// 如果缓存未命中，说明访问的不是热点数据，直接返回空if(StrUtil.isBlank(value)){return null;}// 缓存命中后，还需要先判断数据有没有过期RedisData redisData = JSONUtil.toBean(value, RedisData.class);// 获取数据信息，由于数据存进去时是object类型，这里需要做一下处理Shop shop = JSONUtil.toBean((JSONObject) redisData.getData(), Shop.class);// 获取数据的逻辑过期时间LocalDateTime expireTime = redisData.getExpireTime();// 如果数据没有过期，就直接返回if(expireTime.isAfter(LocalDateTime.now())){return shop;}// 如果数据已过期，则尝试获取互斥锁String lockKey = RedisConstants.LOCK_SHOP_KEY+id;boolean tryLock = tryLock(lockKey);if(tryLock){// 获取锁成功则开辟一条独立线程执行缓存重建CACHE_REBUILD_EXECUTOR.submit(()->{try {// 再次检查缓存有没有过期，防止在高并发环境下缓存多次重建LocalDateTime time = JSONUtil.toBean(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key), RedisData.class).getExpireTime();if(time.isAfter(LocalDateTime.now())){// 数据没过期则直接结束return;}// 调用重建缓存的方法saveShopToRedis(id,10l);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {//释放锁操作unlock(lockKey);}});}// 返回过期数据return shop;
}