Redis实战篇（二）查询缓存
一、什么是缓存
缓存就是数据交换的缓冲区，是存贮数据的临时地方，一般读写性能较高。
1、 缓存的作用：
- 降低后端负载
- 提高读写效率，降低响应时间
2、缓存的成本：
- 数据一致性成本
- 代码维护成本
- 运维成本
二、添加Redis缓存
@Resource
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
@Override
public Result queryById(Long id) {
String key = "code:shop:" + id;
//1、从redis中获取缓存
String shopJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);
//2、判断是否存在
if (StringUtil.isNotBlank(shopJson)) {
//3、存在直接返回
Shop shop = JSONUtil.toBean(shopJson, Shop.class);
return Result.ok(shop);
}
//4、不存在，查询数据库
Shop shop = getById(id);
//5、不存在，返回错误
if (shop == null) {
return Result.fail("未查询到数据");
}
//6、存在，写入redis
stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(shop));
//7、返回
return Result.ok(shop);
}
三、缓存更新策略
1、三种更新策略
| 内存淘汰 | 超时剔除 | 主动更新 | |
|---|---|---|---|
| 说明 | 不用自己维护，利用Redis的内存淘汰机制，当内存不足时自动淘汰部分数据。下次查询时更新缓存 | 给缓存数据添加TTL时间，到期后自动删除缓存。下次查询时更新缓存。 | 编写业务逻辑，在修改数据库的同时，更新缓存。 |
| 一致性 | 差 | 一般 | 好 |
| 维护成本 | 无 | 低 | 高 |
如何选择：
根据业务场景，当低一致性需求时，使用内存淘汰机制。例如店铺类型的查询缓存。
当高一致性需求时，使用主动更新，并以超时剔除作为辅助。例如商铺详情查询。
2、主动更新策略
| 策略 | 说明 |
|---|---|
| Cache Aside Pattern | 由缓存的调用者，在更新数据库的同时更新缓存 |
| Read/Write Through Pattern | 缓存和数据库整合成一个服务，由服务来维护一致性。 |
| Write Behind Caching Pattern | 调用者只操作缓存，由其他线程异步的将缓存数据持久化到数据库 |
3、总结
缓存更新策略的最佳实践方案：
- 低一致性需求：使用Reids自带的内存淘汰机制
- 高一致性需求：主动更新，并以超时剔除作为辅助方案
读操作：缓存命中直接返回；缓存未命中查询数据库，并写入缓存，设定超时时间
写操作：先写数据库，再删除缓存；要确保数据库和缓存操作的原子性
四、缓存穿透
1、定义
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。
2、解决方案
（1）缓存空对象
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 实现简单，维护方便 | 额外的内存消耗；可能造成短期的不一致 |
（2）布隆过滤器
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 内存占用较少，没有多余key | 实现复杂；存在误判可能 |
五、缓存雪崩
1、定义
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。
2、解决方案
（1）给不同的key的TTL添加随机值
（2）利用Redis集群提高服务的可用性
（3）给缓存业务添加降级限流策略
（4）给业务添加多级缓存
六、缓存击穿
1、定义
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
3、基于互斥锁方式解决缓存击穿问题
public <R, ID> R queryWithMutex(
String keyPrefix, ID id, Class<R> type,
Function<ID, R> dbFallback, Long time, TimeUnit unit) {
String key = keyPrefix + id;
// 1.从redis查询商铺缓存
String shopJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);
// 2.判断是否存在
if (StrUtil.isNotBlank(shopJson)) {
// 3.存在，直接返回
return JSONUtil.toBean(shopJson, type);
}
// 判断命中的是否是空值
if (shopJson != null) {
// 返回一个错误信息
return null;
}
// 4.实现缓存重建
// 4.1.获取互斥锁
String lockKey = LOCK_SHOP_KEY + id;
R r = null;
try {
boolean isLock = tryLock(lockKey);
// 4.2.判断是否获取成功
if (!isLock) {
// 4.3.获取锁失败，休眠并重试
Thread.sleep(50);
return queryWithMutex(keyPrefix, id, type,
dbFallback, time, unit);
}
// 4.4.获取锁成功，根据id查询数据库
r = dbFallback.apply(id);
// 5.不存在，返回错误
if (r == 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.存在，写入redis
this.set(key, r, time, unit);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}finally {
// 7.释放锁
unlock(lockKey);
}
// 8.返回
return r;
}
4、基于逻辑过期方式解决缓存击穿问题
线程 存数据到redis
public <R, ID> R queryWithLogicalExpire(
String keyPrefix, ID id, Class<R> type,
Function<ID, R> dbFallback, Long time, TimeUnit unit) {
String key = keyPrefix + 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);
R r = JSONUtil.toBean((JSONObject) redisData.getData(), type);
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 r;
}
// 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){
// 6.3.成功，开启独立线程，实现缓存重建
CACHE_REBUILD_EXECUTOR.submit(() -> {
try {
// 查询数据库
R newR = dbFallback.apply(id);
// 重建缓存
this.setWithLogicalExpire(key, newR, time, unit);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}finally {
// 释放锁
unlock(lockKey);
}
});
}
// 6.4.返回过期的商铺信息
return r;
}
private boolean tryLock(String key) {
Boolean flag = stringRedisTemplate.opsForValue()
.setIfAbsent(key, "1", 10, TimeUnit.SECONDS);
return BooleanUtil.isTrue(flag);
}
private void unlock(String key) {
stringRedisTemplate.delete(key);
}
public void setWithLogicalExpire(String key, Object value,
Long time, TimeUnit unit) {
// 设置逻辑过期
RedisData redisData = new RedisData();
redisData.setData(value);
redisData.setExpireTime(LocalDateTime.now()
.plusSeconds(unit.toSeconds(time)));
// 写入Redis
stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(redisData));
}
七、缓存工具封装
八、总结