Redis利用互斥鎖解決緩存擊穿問題

更新時間：2024年08月10日 09:04:03 作者：xiongood

使用互斥鎖可以有效防止緩存擊穿的情況發(fā)生,它能夠保證在緩存失效時,只有一個線程或者進程能夠去加載數據,其余的請求都會等待這個加載過程完成,雖然這種方式會犧牲一部分性能,但它大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可用性

引言

在高并發(fā)系統(tǒng)中，緩存是提升系統(tǒng)性能的重要組成部分。Redis作為一種高效的內存數據庫，被廣泛應用于各種緩存場景。然而，在實際應用中，緩存擊穿問題常常困擾著開發(fā)者。緩存擊穿指的是緩存中某個熱點數據失效后，大量請求直接打到數據庫，導致數據庫壓力驟增甚至崩潰。本文將探討如何使用互斥鎖來解決這個問題。

什么是緩存擊穿？

緩存擊穿是指在高并發(fā)情況下，某個熱點數據在緩存中剛好失效，而此時大量的請求并發(fā)地訪問數據庫，導致數據庫壓力瞬間增大，可能會導致服務不可用。

解決方案

使用互斥鎖

為了防止緩存擊穿的發(fā)生，可以采用互斥鎖的策略。當緩存中某個熱點數據失效后，第一個請求嘗試獲取互斥鎖，獲取成功后，這個請求會去數據庫中查詢數據并更新緩存，其他請求在緩存未更新前會被阻塞，直到鎖被釋放。

實現原理

檢查緩存：首先嘗試從緩存中讀取數據。
獲取鎖：如果緩存中沒有數據，則嘗試獲取互斥鎖。
查詢數據：獲取鎖成功后，查詢數據庫。
更新緩存：將查詢到的數據寫入緩存，并設置一個合理的過期時間。
釋放鎖：完成緩存更新后釋放鎖。

示例代碼

Java + Jedis

這里我們使用Java語言配合Jedis客戶端實現互斥鎖。

安裝依賴

確保你的項目中包含以下依賴：

Xml深色版本

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>3.7.0</version>
</dependency>

代碼示例

Java深色版本

import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CacheBustingMutex {

    private static final String REDIS_HOST = "localhost";
    private static final int REDIS_PORT = 6379;
    private static final String LOCK_KEY = "lock:cache-busting";

    public Object getDataFromCacheOrDB(String key) {
        Jedis jedis = new Jedis(REDIS_HOST, REDIS_PORT);
        try {
            // Step 1: Try to get data from cache
            String cachedData = jedis.get(key);
            if (cachedData != null) {
                return cachedData;
            }

            // Step 2: Try to acquire the lock
            if (!acquireLock(jedis)) {
                // Lock not acquired, sleep and retry
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
                return getDataFromCacheOrDB(key); // Retry
            }

            try {
                // Step 3: Data not in cache, query DB
                String dbData = queryDatabase(key);

                // Step 4: Update cache
                jedis.setex(key, 300, dbData); // Set cache with TTL of 5 minutes

                return dbData;
            } finally {
                // Step 5: Release lock
                releaseLock(jedis);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            throw new RuntimeException("Interrupted while sleeping", e);
        } finally {
            jedis.close();
        }
    }

    private boolean acquireLock(Jedis jedis) {
        // Use SETNX (SET if Not eXists) to acquire lock
        return "OK".equals(jedis.set(LOCK_KEY, "locked", "NX", "EX", 5));
    }

    private void releaseLock(Jedis jedis) {
        // Use Lua script to safely release the lock
        String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
        Object result = jedis.eval（luaScript, Collections.singletonList(LOCK_KEY), Collections.singletonList("locked"));
        // Check if the lock was released
        if (!(Boolean) result) {
            System.out.println("Failed to release lock.");
        }
    }

    private String queryDatabase(String key) {
        // Simulate querying the database
        return "Data for " + key;
    }
}