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解決Redis緩存雪崩與擊穿之路
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Redis作為一款高性能的緩存數(shù)據(jù)庫(kù)，被廣泛應(yīng)用于分布式系統(tǒng)中。然而，在高并發(fā)場(chǎng)景下，Redis的緩存雪崩、緩存擊穿等問(wèn)題也隨之而來(lái)。本文將通過(guò)實(shí)例演示解決Redis緩存雪崩和緩存擊穿問(wèn)題的方法。
一、Redis緩存雪崩
Redis緩存雪崩指在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，大量的緩存數(shù)據(jù)失效，導(dǎo)致所有的請(qǐng)求都訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而引起數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰的現(xiàn)象。造成這種情況的主要原因是緩存數(shù)據(jù)都不可用了，所有請(qǐng)求都去請(qǐng)求數(shù)據(jù)庫(kù)，造成了數(shù)據(jù)庫(kù)的雪崩效應(yīng)。
解決Redis緩存雪崩的方法如下：
1.設(shè)置過(guò)期時(shí)間不一
可以通過(guò)在緩存數(shù)據(jù)過(guò)期時(shí)間上加上一個(gè)隨機(jī)值來(lái)消除緩存失效的時(shí)間差。以Java代碼為例：
private Object getData(String KEY) {
Object result = redisTemplate.opsForValue().get(key);
if (result == null) {
// 如果緩存數(shù)據(jù)不存在，則查詢數(shù)據(jù)庫(kù)獲得數(shù)據(jù)
result = queryDataFromDatabase(key);
if (result != null) {
// 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存
redisTemplate.opsForValue().set(key, result, 1, TimeUnit.HOURS);//加入隨機(jī)過(guò)期時(shí)間
}
} else {
// 獲取隨機(jī)過(guò)期時(shí)間
int expireTime = new Random().nextInt(3600);//范圍為[0,3600)
// 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存并設(shè)定過(guò)期時(shí)間
redisTemplate.opsForValue().set(key, result, 1 + expireTime, TimeUnit.HOURS);
}
return result;
}
通過(guò)給緩存數(shù)據(jù)加上一個(gè)隨機(jī)的過(guò)期時(shí)間，可以消除在某一時(shí)間段內(nèi)緩存數(shù)據(jù)集中失效的現(xiàn)象，避免緩存雪崩。
2.數(shù)據(jù)預(yù)熱
在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，將數(shù)據(jù)加載到緩存中，不僅可以提高訪問(wèn)速度，還可以避免系統(tǒng)啟動(dòng)后緩存數(shù)據(jù)為空導(dǎo)致的雪崩效應(yīng)。
3.分布式鎖
分布式鎖可以有效的避免緩存雪崩問(wèn)題。通過(guò)加入分布式鎖，保證只有一個(gè)實(shí)例能夠去數(shù)據(jù)庫(kù)查詢數(shù)據(jù)，其他實(shí)例等待返回結(jié)果即可，不需要大規(guī)模地查詢數(shù)據(jù)庫(kù)。以Java代碼為例：
private Object getData(String key) {
Object result = redisTemplate.opsForValue().get(key);
if (result == null) {
// 獲取鎖
if (redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key + "_lock", 1)) {
// 如果緩存數(shù)據(jù)不存在，則查詢數(shù)據(jù)庫(kù)獲得數(shù)據(jù)
result = queryDataFromDatabase(key);
if (result != null) {
// 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存
redisTemplate.opsForValue().set(key, result, 1, TimeUnit.HOURS);
}
// 釋放鎖
redisTemplate.delete(key + "_lock");
} else {
// 等待加鎖的實(shí)例返回結(jié)果
return wtAndGetResult(key);
}
}
return result;
}
private Object wtAndGetResult(String key) {
Object result = null;
for (int i = 0; i
result = redisTemplate.opsForValue().get(key);
if (result != null) {
break;
}
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// 異常處理
}
}
return result;
}
二、Redis緩存擊穿
Redis緩存擊穿指針對(duì)一個(gè)不存在的key，當(dāng)有大量請(qǐng)求同時(shí)訪問(wèn)時(shí)，導(dǎo)致請(qǐng)求都直接到達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)，增加了數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)擔(dān)，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)宕機(jī)。
解決Redis緩存擊穿的方法如下：
1.布隆過(guò)濾器
可以將每個(gè)key的存在與否用一個(gè)布隆過(guò)濾器（布隆過(guò)濾器的介紹可查看我的另一篇文章）進(jìn)行判斷，如果不存在則不查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，避免了緩存被穿破的情況。以Java代碼為例：
private Object getData(String key) {
if (!bloomFilter.mightContn(key)) {
return null;
}
Object result = redisTemplate.opsForValue().get(key);
if (result == null) {
// 獲取鎖
if (redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key + "_lock", 1)) {
// 查詢數(shù)據(jù)庫(kù)獲得數(shù)據(jù)
result = queryDataFromDatabase(key);
if (result != null) {
RedisConnection connection = redisTemplate.getConnectionFactory().getConnection();
// 將數(shù)據(jù)存入redis并加入布隆過(guò)濾器
connection.set(redisTemplate.getKeySerializer().serialize(key),
redisTemplate.getValueSerializer().serialize(result));
bloomFilter.put(key);
// 設(shè)置緩存過(guò)期時(shí)間
connection.expire(redisTemplate.getKeySerializer().serialize(key), 1, TimeUnit.HOURS);
} else {
// 數(shù)據(jù)庫(kù)不存在數(shù)據(jù)，不再加入布隆過(guò)濾器
bloomFilter.put(key);
}
// 釋放鎖
redisTemplate.delete(key + "_lock");
} else {
// 等待加鎖的實(shí)例返回結(jié)果
return wtAndGetResult(key);
}
}
return result;
}
2.緩存穿透
對(duì)查詢不到的數(shù)據(jù)也進(jìn)行緩存，設(shè)置過(guò)期時(shí)間即可，下次訪問(wèn)redis時(shí)可以獲得空結(jié)果，避免了緩存穿透。以Java代碼為例：
private Object getData(String key) {
Object result = redisTemplate.opsForValue().get(key);
if (result == null) {
// 獲取鎖
if (redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key + "_lock", 1)) {
// 查詢數(shù)據(jù)庫(kù)獲得數(shù)據(jù)
result = queryDataFromDatabase(key);
if (result != null) {
// 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，設(shè)置過(guò)期時(shí)間
redisTemplate.opsForValue().set(key, result, 1, TimeUnit.HOURS);
} else {
// 數(shù)據(jù)庫(kù)不存在數(shù)據(jù)，對(duì)空結(jié)果進(jìn)行緩存，設(shè)置較短的過(guò)期時(shí)間
redisTemplate.opsForValue().set(key, "", 10, TimeUnit.MINUTES);
}
// 釋放鎖
redisTemplate.delete(key + "_lock");
} else {
// 等待加鎖的實(shí)例返回結(jié)果
return wtAndGetResult(key);
}
}
return result;
}
三、總結(jié)
Redis緩存雪崩和緩存擊穿是高并發(fā)情況下常見(jiàn)的問(wèn)題，但是并不難以解決。對(duì)于緩存雪崩問(wèn)題，可以設(shè)置過(guò)期時(shí)間不一、數(shù)據(jù)預(yù)熱、分布式鎖等方案實(shí)現(xiàn)解決；對(duì)于緩存擊穿問(wèn)題，可以使用布隆過(guò)濾器、緩存穿透等方案實(shí)現(xiàn)解決。開發(fā)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的方案進(jìn)行應(yīng)用。
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