SpringBoot整合Redis實現(xiàn)常用功能建議大小伙們，在寫業(yè)務(wù)的時候，提前畫好流程圖，思路會清晰很多。文末有解決緩存穿透和擊穿的通用工具類。

1 登陸功能

我想，登陸功能是每個項目必備的功能吧，但是想設(shè)計好，卻是很難！下面介紹兩種登陸功能的解決方式：

• 基于Session實現(xiàn)登錄流程
• 基于Redis實現(xiàn)登錄流程

1.1 基于Session實現(xiàn)登錄流程

功能流程：

發(fā)送驗證碼：

• 用戶在提交手機號后，會校驗手機號是否合法，如果不合法，則要求用戶重新輸入手機號

• 如果手機號合法，后臺此時生成對應(yīng)的驗證碼，同時將驗證碼進(jìn)行保存，然后再通過短信的方式將驗證碼發(fā)送給用戶

短信驗證碼登錄、注冊：

• 用戶將驗證碼和手機號進(jìn)行輸入，后臺從session中拿到當(dāng)前驗證碼，然后和用戶輸入的驗證碼進(jìn)行校驗，如果不一致，則無法通過校驗，如果一致，則后臺根據(jù)手機號查詢用戶，
• 如果用戶不存在，則為用戶創(chuàng)建賬號信息，保存到數(shù)據(jù)庫，無論是否存在，都會將用戶信息保存到session中，方便后續(xù)獲得當(dāng)前登錄信息

校驗登錄狀態(tài):

• 用戶在請求時候，會從cookie中攜帶者JsessionId到后臺，后臺通過JsessionId從session中拿到用戶信息，如果沒有session信息，則進(jìn)行攔截，如果有session信息，則
• 將用戶信息保存到threadLocal中，并且放行

1.1.1 session共享問題

基于session方式實現(xiàn)登陸功能，最大的缺點就是在多臺tomcat下session無法共享，就會下出現(xiàn)下面問題。

核心思路分析：

每個tomcat中都有一份屬于自己的session,假設(shè)用戶第一次訪問第一臺tomcat，并且把自己的信息存放到第一臺服務(wù)器的session中，但是第二次這個用戶訪問到了第二臺tomcat，那么在第二臺服務(wù)器上，肯定沒有第一臺服務(wù)器存放的session，所以此時 整個登錄攔截功能就會出現(xiàn)問題，我們能如何解決這個問題呢？早期的方案是session拷貝，就是說雖然每個tomcat上都有不同的session，但是每當(dāng)任意一臺服務(wù)器的session修改時，都會同步給其他的Tomcat服務(wù)器的session，這樣的話，就可以實現(xiàn)session的共享了

但是這種方案具有兩個大問題

1、每臺服務(wù)器中都有完整的一份session數(shù)據(jù)，服務(wù)器壓力過大。

2、session拷貝數(shù)據(jù)時，可能會出現(xiàn)延遲

所以咱們后來采用的方案都是基于redis來完成，我們把session換成redis，redis數(shù)據(jù)本身就是共享的，就可以避免session共享的問題了

1.2 Redis替代Session

1.2.1、設(shè)計key的結(jié)構(gòu)

首先我們要思考一下利用redis來存儲數(shù)據(jù)，那么到底使用哪種結(jié)構(gòu)呢？由于存入的數(shù)據(jù)比較簡單，我們可以考慮使用String，或者是使用哈希，如下圖，如果使用String，同學(xué)們注意他的value，用多占用一點空間，如果使用哈希，則他的value中只會存儲他數(shù)據(jù)本身，如果不是特別在意內(nèi)存，其實使用String就可以啦。

1.2.2、設(shè)計key的具體細(xì)節(jié)

所以我們可以使用String結(jié)構(gòu)，就是一個簡單的key，value鍵值對的方式，但是關(guān)于key的處理，session他是每個用戶都有自己的session，但是redis的key是共享的，咱們就不能使用code了

在設(shè)計這個key的時候，我們之前講過需要滿足兩點:

1、key要具有唯一性2、key要方便攜帶

如果我們采用phone：手機號這個的數(shù)據(jù)來存儲當(dāng)然是可以的，但是如果把這樣的敏感數(shù)據(jù)存儲到redis中并且從頁面中帶過來畢竟不太合適，所以我們在后臺生成一個隨機串token，然后讓前端帶來這個token就能完成我們的整體邏輯了.

1.2.3、整體訪問流程

當(dāng)注冊完成后，用戶去登錄會去校驗用戶提交的手機號和驗證碼，是否一致，如果一致，則根據(jù)手機號查詢用戶信息，不存在則新建，最后將用戶數(shù)據(jù)保存到redis，并且生成token作為redis的key，當(dāng)我們校驗用戶是否登錄時，會去攜帶著token進(jìn)行訪問，從redis中取出token對應(yīng)的value，判斷是否存在這個數(shù)據(jù)，如果沒有則攔截，如果存在則將其保存到threadLocal中，并且放行。

2 緩存功能

2.1 什么是緩存?

緩存(Cache),就是數(shù)據(jù)交換的緩沖區(qū),俗稱的緩存就是緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù),一般從數(shù)據(jù)庫中獲取,存儲于本地代碼(例如:

例1:Static final ConcurrentHashMap<K,V> map = new ConcurrentHashMap<>(); 本地用于高并發(fā)

例2:static final Cache<K,V> USER_CACHE = CacheBuilder.newBuilder().build(); 用于redis等緩存

例3:Static final Map<K,V> map =  new HashMap(); 本地緩存

由于其被Static修飾,所以隨著類的加載而被加載到內(nèi)存之中,作為本地緩存,由于其又被final修飾,所以其引用(例3:map)和對象(例3:new HashMap())之間的關(guān)系是固定的,不能改變,因此不用擔(dān)心賦值(=)導(dǎo)致緩存失效;

2.1.1 為什么要使用緩存

一句話:因為速度快,好用

緩存數(shù)據(jù)存儲于代碼中,而代碼運行在內(nèi)存中,內(nèi)存的讀寫性能遠(yuǎn)高于磁盤,緩存可以大大降低用戶訪問并發(fā)量帶來的服務(wù)器讀寫壓力

實際開發(fā)過程中,企業(yè)的數(shù)據(jù)量,少則幾十萬,多則幾千萬,這么大數(shù)據(jù)量,如果沒有緩存來作為"避震器",系統(tǒng)是幾乎撐不住的,所以企業(yè)會大量運用到緩存技術(shù);

但是緩存也會增加代碼復(fù)雜度和運營的成本:

2.1.2 如何使用緩存

實際開發(fā)中,會構(gòu)筑多級緩存來使系統(tǒng)運行速度進(jìn)一步提升,例如:本地緩存與redis中的緩存并發(fā)使用

瀏覽器緩存：主要是存在于瀏覽器端的緩存

應(yīng)用層緩存：可以分為tomcat本地緩存，比如之前提到的map，或者是使用redis作為緩存

數(shù)據(jù)庫緩存：在數(shù)據(jù)庫中有一片空間是 buffer pool，增改查數(shù)據(jù)都會先加載到mysql的緩存中

CPU緩存：當(dāng)代計算機最大的問題是 cpu性能提升了，但內(nèi)存讀寫速度沒有跟上，所以為了適應(yīng)當(dāng)下的情況，增加了cpu的L1，L2，L3級的緩存

2.2.使用緩存

2.2.1 、緩存模型和思路

標(biāo)準(zhǔn)的操作方式就是查詢數(shù)據(jù)庫之前先查詢緩存，如果緩存數(shù)據(jù)存在，則直接從緩存中返回，如果緩存數(shù)據(jù)不存在，再查詢數(shù)據(jù)庫，然后將數(shù)據(jù)存入redis

2.3 緩存更新策略

緩存更新是redis為了節(jié)約內(nèi)存而設(shè)計出來的一個東西，主要是因為內(nèi)存數(shù)據(jù)寶貴，當(dāng)我們向redis插入太多數(shù)據(jù)，此時就可能會導(dǎo)致緩存中的數(shù)據(jù)過多，所以redis會對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行更新，或者把他叫為淘汰更合適。

內(nèi)存淘汰：redis自動進(jìn)行，當(dāng)redis內(nèi)存達(dá)到咱們設(shè)定的max-memery的時候，會自動觸發(fā)淘汰機制，淘汰掉一些不重要的數(shù)據(jù)(可以自己設(shè)置策略方式)

超時剔除：當(dāng)我們給redis設(shè)置了過期時間ttl之后，redis會將超時的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，方便咱們繼續(xù)使用緩存

主動更新：我們可以手動調(diào)用方法把緩存刪掉，通常用于解決緩存和數(shù)據(jù)庫不一致問題

2.3.1 、數(shù)據(jù)庫緩存不一致解決方案：

由于我們的緩存的數(shù)據(jù)源來自于數(shù)據(jù)庫,而數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)是會發(fā)生變化的,因此,如果當(dāng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)發(fā)生變化,而緩存卻沒有同步,此時就會有一致性問題存在,其后果是:

用戶使用緩存中的過時數(shù)據(jù),就會產(chǎn)生類似多線程數(shù)據(jù)安全問題,從而影響業(yè)務(wù),產(chǎn)品口碑等;怎么解決呢？有如下幾種方案

Cache Aside Pattern 人工編碼方式：緩存調(diào)用者在更新完數(shù)據(jù)庫后再去更新緩存，也稱之為雙寫方案（一般采用）

Read/Write Through Pattern : 由系統(tǒng)本身完成，數(shù)據(jù)庫與緩存的問題交由系統(tǒng)本身去處理

Write Behind Caching Pattern ：調(diào)用者只操作緩存，其他線程去異步處理數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)最終一致

2.3.2 、數(shù)據(jù)庫和緩存不一致采用什么方案

綜合考慮使用方案一，但是方案一調(diào)用者如何處理呢？這里有幾個問題

操作緩存和數(shù)據(jù)庫時有三個問題需要考慮：

如果采用第一個方案，那么假設(shè)我們每次操作數(shù)據(jù)庫后，都操作緩存，但是中間如果沒有人查詢，那么這個更新動作實際上只有最后一次生效，中間的更新動作意義并不大，我們可以把緩存刪除，等待再次查詢時，將緩存中的數(shù)據(jù)加載出來

• 刪除緩存還是更新緩存？
• 更新緩存：每次更新數(shù)據(jù)庫都更新緩存，無效寫操作較多
• 刪除緩存：更新數(shù)據(jù)庫時讓緩存失效，查詢時再更新緩存
• 如何保證緩存與數(shù)據(jù)庫的操作的同時成功或失??？
  • 單體系統(tǒng)，將緩存與數(shù)據(jù)庫操作放在一個事務(wù)
  • 分布式系統(tǒng)，利用TCC等分布式事務(wù)方案

應(yīng)該具體操作緩存還是操作數(shù)據(jù)庫，我們應(yīng)當(dāng)是先操作數(shù)據(jù)庫，再刪除緩存，原因在于，如果你選擇第一種方案，在兩個線程并發(fā)來訪問時，假設(shè)線程1先來，他先把緩存刪了，此時線程2過來，他查詢緩存數(shù)據(jù)并不存在，此時他寫入緩存，當(dāng)他寫入緩存后，線程1再執(zhí)行更新動作時，實際上寫入的就是舊的數(shù)據(jù)，新的數(shù)據(jù)被舊數(shù)據(jù)覆蓋了。

• 先操作緩存還是先操作數(shù)據(jù)庫？
• 先刪除緩存，再操作數(shù)據(jù)庫(存在線程安全問題)
• 先操作數(shù)據(jù)庫，再刪除緩存

2.4 緩存穿透問題的解決思路

緩存穿透 ：緩存穿透是指客戶端請求的數(shù)據(jù)在緩存中和數(shù)據(jù)庫中都不存在，這樣緩存永遠(yuǎn)不會生效，這些請求都會打到數(shù)據(jù)庫。

常見的解決方案有兩種：

• 緩存空對象
• 優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，維護(hù)方便
• 缺點：
• 額外的內(nèi)存消耗
• 可能造成短期的不一致
• 布隆過濾
• 優(yōu)點：內(nèi)存占用較少，沒有多余key
• 缺點：
• 實現(xiàn)復(fù)雜
• 存在誤判可能

緩存空對象思路分析：當(dāng)我們客戶端訪問不存在的數(shù)據(jù)時，先請求redis，但是此時redis中沒有數(shù)據(jù)，此時會訪問到數(shù)據(jù)庫，但是數(shù)據(jù)庫中也沒有數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)穿透了緩存，直擊數(shù)據(jù)庫，我們都知道數(shù)據(jù)庫能夠承載的并發(fā)不如redis這么高，如果大量的請求同時過來訪問這種不存在的數(shù)據(jù)，這些請求就都會訪問到數(shù)據(jù)庫，簡單的解決方案就是哪怕這個數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中也不存在，我們也把這個數(shù)據(jù)存入到redis中去，這樣，下次用戶過來訪問這個不存在的數(shù)據(jù)，那么在redis中也能找到這個數(shù)據(jù)就不會進(jìn)入到緩存了.

布隆過濾：布隆過濾器其實采用的是哈希思想來解決這個問題，通過一個龐大的二進(jìn)制數(shù)組，走哈希思想去判斷當(dāng)前這個要查詢的這個數(shù)據(jù)是否存在，如果布隆過濾器判斷存在，則放行，這個請求會去訪問redis，哪怕此時redis中的數(shù)據(jù)過期了，但是數(shù)據(jù)庫中一定存在這個數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中查詢出來這個數(shù)據(jù)后，再將其放入到redis中

假設(shè)布隆過濾器判斷這個數(shù)據(jù)不存在，則直接返回

這種方式優(yōu)點在于節(jié)約內(nèi)存空間，存在誤判，誤判原因在于：布隆過濾器走的是哈希思想，只要哈希思想，就可能存在哈希沖突

小總結(jié)：

緩存穿透產(chǎn)生的原因是什么？

• 用戶請求的數(shù)據(jù)在緩存中和數(shù)據(jù)庫中都不存在，不斷發(fā)起這樣的請求，給數(shù)據(jù)庫帶來巨大壓力

緩存穿透的解決方案有哪些？

• 緩存null值
• 布隆過濾
• 增強id的復(fù)雜度，避免被猜測id規(guī)律
• 做好數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)格式校驗
• 加強用戶權(quán)限校驗
• 做好熱點參數(shù)的限流

3.工具類

此工具類已經(jīng)對緩存穿透，和緩存擊穿實現(xiàn)了通用功能。

可以對比上敘的流程圖查閱

import cn.hutool.core.util.BooleanUtil;
import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import cn.hutool.json.JSONObject;
import cn.hutool.json.JSONUtil;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.annotation.Resource;
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.function.Function;

import static com.hmdp.utils.RedisConstants.CACHE_NULL_TTL;

/**
 * @author : look-word
 * 2022-08-19 17:02
 **/
@Component
public class CacheClient {
    @Resource
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public void set(String key, Object value, Long time, TimeUnit unit) {
        stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(value), time, unit);
    }

    /**
     * 設(shè)置邏輯過期時間
     */
    public void setWithLogicalExpire(String key, Object value, Long time, TimeUnit unit) {
        // .封裝邏輯時間
        RedisData redisData = new RedisData();
        redisData.setExpireTime(LocalDateTime.now().plusSeconds(unit.toSeconds(time)));
        redisData.setData(value);
        String redisDataJson = JSONUtil.toJsonStr(redisData);
        // 寫入Redis
        stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, redisDataJson);
    }

    /**
     * 解決緩存穿透 對未存在的數(shù)據(jù) 設(shè)置為null
     */
    public <R, ID> R queryWithPassThrough
    (String keyPrefix, ID id, Class<R> type, Function<ID, R> dbFallback, Long cacheTime, TimeUnit cacheUnit) {
        // 緩存key
        String key = keyPrefix + id;
        // 1 查詢緩存中是否命中
        String json = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);
        if (StrUtil.isNotBlank(json)) {
            R r = JSONUtil.toBean(json, type);
            return r;
        }
        // 解決緩存穿透 數(shù)據(jù)庫不存在的數(shù)據(jù) 緩存 也不存在 惡意請求
        if (json != null) {
            return null;
        }

        // 2 查詢數(shù)據(jù)庫 存在 存入緩存 返回給前端
        R r = dbFallback.apply(id);
        if (r == null) {
            // 解決緩存穿透
            stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, "", CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.MINUTES);
            return null;
        }
        // 2.1 轉(zhuǎn)換成json 存入緩存中
        stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(r), cacheTime, cacheUnit);

        return r;
    }

    // 線程池
    public static final ExecutorService CACHE_REBUILD_EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(10);

    /**
     * 解決緩存擊穿 邏輯過期時間方式
     */
    public <R, ID> R queryWithLogicalExpire
    (String keyPrefix, ID id, Class<R> type, String lockKeyPrefix, Function<ID, R> dbFallback, Long expiredTime, TimeUnit expiredUnit) {
        // 緩存key
        String key = keyPrefix + id;
        // 1 查詢緩存中是否命中
        String redisDataJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);
        if (StrUtil.isBlank(redisDataJson)) {
            return null;
        }
        // 2.命中 查看是否過期，
        //     2.1 未過期 直接返回舊數(shù)據(jù)
        //     2.2 過期 獲取鎖 查詢數(shù)據(jù)寫入Redis設(shè)置新的過期時間
        //     2.3 過期 未獲取鎖 返回 舊數(shù)據(jù)
        RedisData redisData = JSONUtil.toBean(redisDataJson, RedisData.class);
        LocalDateTime expireTime = redisData.getExpireTime();
        R r = JSONUtil.toBean((JSONObject) redisData.getData(), type);
        if (LocalDateTime.now().isBefore(expireTime)) {
            return r;
        }
        String lockKey = lockKeyPrefix + id;
        // 獲取鎖
        boolean isLock = tryLock(lockKey);
        if (isLock) {
            CACHE_REBUILD_EXECUTOR.submit(() -> {
                try {
                    // 查詢數(shù)據(jù)庫
                    R r1 = dbFallback.apply(id);
                    // 存儲Redis 設(shè)置邏輯過期 過期時間
                    setWithLogicalExpire(key, r1, expiredTime, expiredUnit);
                } catch (Exception e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                } finally {
                    // 釋放鎖
                    unlock(lockKey);
                }
            });
        }
        // 未獲取到鎖
        return r;
    }

    /**
     * 獲取鎖
     */
    public boolean tryLock(String key) {
        Boolean flag = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "1", 100, TimeUnit.SECONDS);
        return BooleanUtil.isTrue(flag);
    }

    /**
     * 釋放鎖
     */
    public void unlock(String key) {
        stringRedisTemplate.delete(key);
    }

}

到此這篇關(guān)于SpringBoot整合Redis實現(xiàn)常用功能超詳細(xì)過程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)SpringBoot整合Redis內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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