Redis从理论到实战：用Redis解决缓存穿透、缓存击穿问题（提供解决方案）

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加油加油，不要过度焦虑(*^▽^*)

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一、缓存穿透

1、什么是缓存穿透

• 缓存穿透是指客户端请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，这样缓存永远都不会生效，这些请求都会打到数据库。
• 当有人恶意频繁地访问在缓存中和数据库中都不存在的数据时，整个系统就可能出现问题。

2、解决方案

• 方案一：缓存空对象。即我们把在缓存中和数据库中都不存在的数据缓存到Redis中，并设置过期时间；

• 方案二：布隆过滤。客户端请求的数据会先请求布隆过滤器，如果存在则放行；如果不存在则拒绝客户端的请求。

上个图就明白了：

代码实现：

• 首先查看是否命中缓存，如果没有命中，则查看数据库判断是否存在商铺，存在则写入缓存，不存在则将空值("")写入redis；如果命中缓存，则查看是否是空值，如果是空值则返回给用户店铺不存在的提示，如果不是空值则返回数据给客户端。

    @Override
    public Result queryShopById(Long id) {
        String key = CACHE_SHOP_KEY + id;
        String shopCache = redisTemplate.opsForValue().get(key);
        //如果在缓存中查询到商户，则返回数据给前端
        if (StrUtil.isNotBlank(shopCache)) {
            Shop shop = JSONUtil.toBean(shopCache, Shop.class);
            return Result.ok(shop);
        }
        //判断命中的是否是空值
        if (shopCache != null){
            return Result.fail("店铺不存在");
        }
        //不存在则根据id在数据库中查找
        Shop shop = shopMapper.selectById(id);
        if (shop == null) {
            //将空值写入redis，设置过期时间为2分钟
            redisTemplate.opsForValue().set(key, "", CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.MINUTES);
            return Result.fail("店铺不存在");
        }
        //店铺存在，写入缓存，过期时间设置为30分钟
        redisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(shop), CACHE_SHOP_TTL, TimeUnit.MINUTES);
        return Result.ok(shop);
    }
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流程分析图：

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二、缓存雪崩

• 缓存雪崩是指在同一时段大量的缓存key同时失效或者Redis服务宕机，导致大量请求到达数据库，带来巨大压力！

解决方案：

• 给不同的key的过期时间设置随机值
• 利用redis集群提高服务的可用性

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三、缓存击穿

1、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。

2、解决方案

常见的解决方案有两种：互斥锁和逻辑过期。

• 互斥锁：当线程1查询缓存未命中时，会获取一个互斥锁，然后查询数据库并重建缓存数据；在此期间，如果线程2查询缓存也未命中，并不会成功获取互斥锁（因为线程1正在使用），线程2会休眠并重试，直到线程1写入缓存释放锁；线程2缓存命中。

• 逻辑过期：当线程1查询缓存发现逻辑时间已过期时，会成功获取一个互斥锁，并开启一个新线程，这个新线程会进行查询数据库重建缓存数据的操作，写入缓存时重置逻辑过期时间，最后释放锁；线程1此时返回过期数据。如果有线程3在线程1获取互斥锁后查询缓存数据，发现逻辑时间已过期，就会获取互斥锁但失败，最后也返回过期数据，可以说是不争不抢。

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上图：

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3、互斥锁解决缓存击穿问题

@Override
    public Result queryShopById(Long id) {
        Shop shop = queryWithMutex(id);
        if (shop == null) {
            return Result.fail("店铺不存在");
        }
        return Result.ok(shop);
    }
    //封装缓存击穿方法
    public Shop queryWithMutex(Long id) {
        String key = CACHE_SHOP_KEY + id;
        String shopCache = redisTemplate.opsForValue().get(key);
        if (StrUtil.isNotBlank(shopCache)) {
            Shop shop = JSONUtil.toBean(shopCache, Shop.class);
            return shop;
        }
        if (shopCache != null) {
            return null;
        }
        //实现缓存重键
        //获取互斥锁
        String lockKey = LOCK_SHOP_KEY + id;
        Shop shop = null;
        try {
            boolean isLock = tryLock(lockKey);
            if (!isLock) {
                Thread.sleep(50);
                //没有拿到锁则重试
                return queryWithMutex(id);
            }
            //成功
            shop = shopMapper.selectById(id);
            if (shop == null) {
                redisTemplate.opsForValue().set(key, "", CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.MINUTES);
                return null;
            }
            redisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(shop), CACHE_SHOP_TTL, TimeUnit.MINUTES);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            //释放互斥锁
            unlock(lockKey);
        }
        return shop;
    }
    //获取锁，并设置过期时间为5秒
    private boolean tryLock(String key) {
        Boolean flag = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "1", LOCK_SHOP_TTL, TimeUnit.SECONDS);
        return BooleanUtil.isTrue(flag);
    }
    //释放锁
    private void unlock(String key) {
        redisTemplate.delete(key);
    }
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流程分析图：

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4、逻辑删除解决缓存击穿问题

    @Override
    public Result queryShopById(Long id) {
        Shop shop = queryWithLogicalExpire(id);
        if (shop == null) {
            return Result.fail("店铺不存在");
        }
        return Result.ok(shop);
    }
    public Shop queryWithLogicalExpire(Long id) {
        String key = CACHE_SHOP_KEY + id;
        String shopCache = redisTemplate.opsForValue().get(key);
        if (StrUtil.isBlank(shopCache)) {
            return null;
        }
        //命中，需要先把JSON反序列化为对象
        RedisData redisData = JSONUtil.toBean(shopCache, RedisData.class);
        JSONObject data = (JSONObject) redisData.getData();
        Shop shop = JSONUtil.toBean(data, Shop.class);
        LocalDateTime expireTime = redisData.getExpireTime();
        if (expireTime.isAfter(LocalDateTime.now())) {
            //未过期则直接返回店铺信息
            return shop;
        }
        //已过期，需要缓存重建
        //获取互斥锁
        String lockKey = LOCK_SHOP_KEY + id;
        boolean isLock = tryLock(lockKey);
        if (isLock) {
            //成功，开启独立线程，实现缓存重建
            CACHE_REBUILD_EXECUTOR.submit(() -> {
                try {
                    //重建缓存
                    this.saveShopToRedis(id, CACHE_REBUILD_TTL);
                } catch (Exception e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                } finally {
                    unlock(lockKey);
                }
            });
        }
        return shop;
    }
    /**
     * @param id            店铺id
     * @param expireSeconds 设置的过期时间
     */
    public void saveShopToRedis(Long id, Long expireSeconds) {
        //查询店铺数据
        Shop shop = shopMapper.selectById(id);
        //封装逻辑过期时间
        RedisData redisData = new RedisData();
        redisData.setData(shop);
        redisData.setExpireTime(LocalDateTime.now().plusSeconds(expireSeconds));
        //写入redis
        redisTemplate.opsForValue().set(CACHE_SHOP_KEY + id, JSONUtil.toJsonStr(redisData));
    }
    //获取锁，并设置过期时间为5秒
    private boolean tryLock(String key) {
        Boolean flag = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "1", LOCK_SHOP_TTL, TimeUnit.SECONDS);
        return BooleanUtil.isTrue(flag);
    }
    //释放锁
    private void unlock(String key) {
        redisTemplate.delete(key);
    }
    //设置10个线程池
    private static final ExecutorService CACHE_REBUILD_EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(10);

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流程分析图：

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总结完了，有些难度，需要花时间细细琢磨

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