黑马点评：商户查询缓存

文章目录

前言
缓存介绍
- 什么是缓存？
- 为什么要使用缓存？
- 如何使用缓存？
添加商户缓存
- 原始方法
- 缓存模型和思路
- 代码实现
缓存更新策略
- 数据库缓存不一致解决方案
- 数据库和缓存不一致采用什么方案
实现商铺和缓存与数据库双写一致
缓存穿透问题的解决思路
编码解决商品查询的缓存穿透问题
缓存雪崩问题及解决思路
缓存击穿问题及解决思路
- 利用互斥锁解决缓存击穿问题
- - 优化代码：
  - 代码分析：
  - 测试
- 利用逻辑过期解决缓存击穿问题
- - 优化代码
  - 代码分析
  - 测试
封装Redis工具类
- 测试工具类中：queryWithPassThrough 方法
- 测试工具类中：queryWithLogicalExpire 方法
总结

前言

缓存介绍

什么是缓存？

就像自行车,越野车的避震器

举个例子:越野车,山地自行车,都拥有"避震器",防止车体加速后因惯性,在酷似"U"字母的地形上飞跃,硬着陆导致的损害,像个弹簧一样;

同样,实际开发中,系统也需要"避震器",防止过高的数据访问猛冲系统,导致其操作线程无法及时处理信息而瘫痪;

这在实际开发中对企业讲,对产品口碑,用户评价都是致命的;所以企业非常重视缓存技术;

缓存(Cache),就是数据交换的缓冲区,俗称的缓存就是缓冲区内的数据,一般从数据库中获取,存储于本地代码(例如:

例1:Static final ConcurrentHashMap<K,V> map = new ConcurrentHashMap<>(); 本地用于高并发例2:static final Cache<K,V> USER_CACHE = CacheBuilder.newBuilder().build(); 用于redis等缓存例3:Static final Map<K,V> map =  new HashMap(); 本地缓存

由于其被Static修饰,所以随着类的加载而被加载到内存之中,作为本地缓存,由于其又被final修饰,所以其引用(例3:map)和对象(例3:new HashMap())之间的关系是固定的,不能改变,因此不用担心赋值(=)导致缓存失效;

为什么要使用缓存？

一句话:因为速度快,好用

缓存数据存储于代码中,而代码运行在内存中,内存的读写性能远高于磁盘,缓存可以大大降低用户访问并发量带来的服务器读写压力

实际开发过程中,企业的数据量,少则几十万,多则几千万,这么大数据量,如果没有缓存来作为"避震器",系统是几乎撑不住的,所以企业会大量运用到缓存技术;

但是缓存也会增加代码复杂度和运营的成本:

如何使用缓存？

实际开发中,会构筑多级缓存来使系统运行速度进一步提升,例如:本地缓存与redis中的缓存并发使用

浏览器缓存：主要是存在于浏览器端的缓存

应用层缓存：可以分为tomcat本地缓存，比如之前提到的map，或者是使用redis作为缓存

数据库缓存：在数据库中有一片空间是 buffer pool，增改查数据都会先加载到mysql的缓存中

CPU缓存：当代计算机最大的问题是 cpu性能提升了，但内存读写速度没有跟上，所以为了适应当下的情况，增加了cpu的L1，L2，L3级的缓存

图解：

添加商户缓存

原始方法

在我们查询商户信息时，我们是直接操作从数据库中去进行查询的，大致逻辑是这样，直接查询数据库那肯定慢咯，所以我们需要增加缓存

ShopController

    @Resourcepublic IShopService shopService;/*** 根据id查询商铺信息* @param id 商铺id* @return 商铺详情数据*/@GetMapping("/{id}")public Result queryShopById(@PathVariable("id") Long id) {return Result.ok(shopService.getById(id));}

mybatisplus 中 IService 接口 getById 方法

    /*** 根据 ID 查询** @param id 主键ID*/default T getById(Serializable id) {return getBaseMapper().selectById(id);}

缓存模型和思路

标准的操作方式就是查询数据库之前先查询缓存，如果缓存数据存在，则直接从缓存中返回，如果缓存数据不存在，再查询数据库，然后将数据存入redis。

图解：

代码实现

代码思路：如果缓存有，则直接返回，如果缓存不存在，则查询数据库，然后存入redis。

ShopController

    @GetMapping("/{id}")public Result queryShopById(@PathVariable("id") Long id) {//return Result.ok(shopService.getById(id));return shopService.queryById(id);}

IShopService

public interface IShopService extends IService<Shop> {Result queryById(Long id);
}

ShopServiceImpl

package com.hmdp.service.impl;import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.hmdp.dto.Result;
import com.hmdp.entity.Shop;
import com.hmdp.mapper.ShopMapper;
import com.hmdp.service.IShopService;
import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.impl.ServiceImpl;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;
import javax.annotation.Resource;@Service
public class ShopServiceImpl extends ServiceImpl<ShopMapper, Shop> implements IShopService {@Resourceprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;@Overridepublic Result queryById(Long id) {//String key = "cache:shop:"+id;String key = CACHE_SHOP_KEY+id;// 1.从Redis 查询店铺信息String shopJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);// 2.判断是否存在if (StrUtil.isNotBlank(shopJson)){// 3.存在，直接返回Shop shop = JSONUtil.toBean(shopJson, Shop.class);return Result.ok(shop);}// 4.不存在，根据 id 查询数据库Shop shop = getById(id);// 5.shop 不存在，返回错误if (shop == null){return Result.fail("店铺不存在！");}// 6.存在，写入 RedisstringRedisTemplate.opsForValue().set(key,JSONUtil.toJsonStr(shop));// 7.返回return Result.ok(shop);}
}

启动测试：

第一次查询：去数据库里查，查询结果写入Redis，返回给客户
第二次查询：去Redis 里查，直接返回给客户

缓存更新策略

缓存更新是redis为了节约内存而设计出来的一个东西，主要是因为内存数据宝贵，当我们向redis插入太多数据，此时就可能会导致缓存中的数据过多，所以redis会对部分数据进行更新，或者把他叫为淘汰更合适。

内存淘汰：redis自动进行，当redis内存达到咱们设定的max-memery的时候，会自动触发淘汰机制，淘汰掉一些不重要的数据(可以自己设置策略方式)
超时剔除：当我们给redis设置了过期时间ttl之后，redis会将超时的数据进行删除，方便咱们继续使用缓存
主动更新：我们可以手动调用方法把缓存删掉，通常用于解决缓存和数据库不一致问题

数据库缓存不一致解决方案

由于我们的缓存的数据源来自于数据库,而数据库的数据是会发生变化的,因此,如果当数据库中数据发生变化,而缓存却没有同步,此时就会有一致性问题存在,其后果是:

用户使用缓存中的过时数据,就会产生类似多线程数据安全问题,从而影响业务,产品口碑等;怎么解决呢？有如下几种方案

Cache Aside Pattern 人工编码方式：缓存调用者在更新完数据库后再去更新缓存，也称之为双写方案

Read/Write Through Pattern : 由系统本身完成，数据库与缓存的问题交由系统本身去处理

Write Behind Caching Pattern ：调用者只操作缓存，其他线程去异步处理数据库，实现最终一致

图解：

数据库和缓存不一致采用什么方案

综合考虑使用方案一，但是方案一调用者如何处理呢？这里有几个问题

操作缓存和数据库时有三个问题需要考虑：

如果采用第一个方案，那么假设我们每次操作数据库后，都操作缓存，但是中间如果没有人查询，那么这个更新动作实际上只有最后一次生效，中间的更新动作意义并不大，我们可以把缓存删除，等待再次查询时，将缓存中的数据加载出来

删除缓存还是更新缓存？
- 更新缓存：每次更新数据库都更新缓存，无效写操作较多
- 删除缓存：更新数据库时让缓存失效，查询时再更新缓存
如何保证缓存与数据库的操作的同时成功或失败？
- 单体系统，将缓存与数据库操作放在一个事务
- 分布式系统，利用TCC等分布式事务方案
先操作缓存还是先操作数据库？
- 先删除缓存，再操作数据库
- 先操作数据库，再删除缓存

应该具体操作缓存还是操作数据库，我们应当是先操作数据库，再删除缓存

原因在于：如果你选择第一种方案，在两个线程并发来访问时，假设线程1先来，他先把缓存删了，此时线程2过来，他查询缓存数据并不存在，此时他写入缓存，当他写入缓存后，线程1再执行更新动作时，实际上写入的就是旧的数据，新的数据被旧数据覆盖了。

图解：

先删除缓存，再操作数据库

正常情况：

异常情况：

先操作数据库，再删除缓存

正常情况：

异常情况：

总结

实现商铺和缓存与数据库双写一致

核心思路如下：

修改ShopController中的业务逻辑，满足下面的需求：

根据id查询店铺时，如果缓存未命中，则查询数据库，将数据库结果写入缓存，并设置超时时间

根据id修改店铺时，先修改数据库，再删除缓存

修改重点代码1：修改ShopServiceImpl的queryById方法

设置redis缓存时添加过期时间

// 6.存在，写入 Redis,设置过期时间stringRedisTemplate.opsForValue().set(key,JSONUtil.toJsonStr(shop),CACHE_SHOP_TTL, TimeUnit.MINUTES);

修改重点代码2

代码分析：通过之前的淘汰，我们确定了采用删除策略，来解决双写问题，当我们修改了数据之后，然后把缓存中的数据进行删除，查询时发现缓存中没有数据，则会从mysql中加载最新的数据，从而避免数据库和缓存不一致的问题

修改ShopController

    /*** 更新商铺信息* @param shop 商铺数据* @return 无*/@PutMappingpublic Result updateShop(@RequestBody Shop shop) {// 写入数据库//shopService.updateById(shop);return shopService.update(shop);}

修改 IShopService

Result update(Shop shop);

修改 ShopServiceImpl

    @Override@Transactionalpublic Result update(Shop shop) {Long id = shop.getId();if (id == null){return Result.fail("店铺 id 不能为空！");}// 1.更新数据库updateById(shop);// 2.删除缓存stringRedisTemplate.delete(CACHE_SHOP_KEY+id);return Result.ok();}

完整代码如下：

package com.hmdp.service.impl;import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.hmdp.dto.Result;
import com.hmdp.entity.Shop;
import com.hmdp.mapper.ShopMapper;
import com.hmdp.service.IShopService;
import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.impl.ServiceImpl;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
import javax.annotation.Resource;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import static com.hmdp.utils.RedisConstants.CACHE_SHOP_KEY;
import static com.hmdp.utils.RedisConstants.CACHE_SHOP_TTL;@Service
public class ShopServiceImpl extends ServiceImpl<ShopMapper, Shop> implements IShopService {@Resourceprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;@Overridepublic Result queryById(Long id) {//String key = "cache:shop:"+id;String key = CACHE_SHOP_KEY+id;// 1.从Redis 查询店铺信息String shopJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);// 2.判断是否存在if (StrUtil.isNotBlank(shopJson)){// 3.存在，直接返回Shop shop = JSONUtil.toBean(shopJson, Shop.class);return Result.ok(shop);}// 4.不存在，根据 id 查询数据库Shop shop = getById(id);// 5.shop 不存在，返回错误if (shop == null){return Result.fail("店铺不存在！");}// 6.存在，写入 Redis,设置过期时间stringRedisTemplate.opsForValue().set(key,JSONUtil.toJsonStr(shop),CACHE_SHOP_TTL, TimeUnit.MINUTES);// 7.返回return Result.ok(shop);}@Override@Transactionalpublic Result update(Shop shop) {Long id = shop.getId();if (id == null){return Result.fail("店铺 id 不能为空！");}// 1.更新数据库updateById(shop);// 2.删除缓存stringRedisTemplate.delete(CACHE_SHOP_KEY+id);return Result.ok();}
}

启动测试：

查询店铺时，缓存未命中，查询数据库，将数据库结果写入缓存，并设置超时时间

修改店铺时，先修改数据库，再删除缓存

修改店铺使用 postman 测试：

地址：http://localhost:8081/shop

请求方式：put

请求体：JSON字符串

{"address" : "金华路锦昌文华苑29号","area" : "大关","avgPrice" : 80,"comments" : 3035,"id" : 1,"images"
:
"https://qcloud.dpfile.com/pc/jiclIsCKmOI2arxKN1Uf0Hx3PucIJH8q0QSz-Z8llzcN56-_QiKuOvyio1OOxsRtFoXqu0G3iT2T27qat3WhLVEuLYk00OmSS1IdNpm8K8sG4JN9RIm2mTKcbLtc2o2vfCF2ubeXzk49OsGrXt_KYDCngOyCwZK-s3fqawWswzk.jpg,https://qcloud.dpfile.com/pc/IOf6VX3qaBgFXFVgp75w-KKJmWZjFc8GXDU8g9bQC6YGCpAmG00QbfT4vCCBj7njuzFvxlbkWx5uwqY2qcjixFEuLYk00OmSS1IdNpm8K8sG4JN9RIm2mTKcbLtc2o2vmIU_8ZGOT1OjpJmLxG6urQ.jpg",
"name"
:
"666茶餐厅","score" : 37,"sold" : 4215
}

成功修改为“666茶餐厅”，Redis 中该店铺信息也被删除！

测试通过！

缓存穿透问题的解决思路

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，这样缓存永远不会生效，这些请求都会打到数据库。

常见的解决方案有两种：

缓存空对象
- 优点：实现简单，维护方便
- 缺点：
  - 额外的内存消耗
  - 可能造成短期的不一致
布隆过滤
- 优点：内存占用较少，没有多余key
- 缺点：
  - 实现复杂
  - 存在误判可能

缓存空对象思路分析：当我们客户端访问不存在的数据时，先请求redis，但是此时redis中没有数据，此时会访问到数据库，但是数据库中也没有数据，这个数据穿透了缓存，直击数据库，我们都知道数据库能够承载的并发不如redis这么高，如果大量的请求同时过来访问这种不存在的数据，这些请求就都会访问到数据库，简单的解决方案就是哪怕这个数据在数据库中也不存在，我们也把这个数据存入到redis中去，这样，下次用户过来访问这个不存在的数据，那么在redis中也能找到这个数据就不会进入到缓存了

布隆过滤：布隆过滤器其实采用的是哈希思想来解决这个问题，通过一个庞大的二进制数组，走哈希思想去判断当前这个要查询的这个数据是否存在，如果布隆过滤器判断存在，则放行，这个请求会去访问redis，哪怕此时redis中的数据过期了，但是数据库中一定存在这个数据，在数据库中查询出来这个数据后，再将其放入到redis中，

假设布隆过滤器判断这个数据不存在，则直接返回

这种方式优点在于节约内存空间，存在误判，误判原因在于：布隆过滤器走的是哈希思想，只要哈希思想，就可能存在哈希冲突

图解：

缓存空对象分析

优点：

实现简单，维护方便

缺点：

额外的内存消耗
- 原因：如果有大量的并发请求传入无效的 id，Redis 中会缓存大量 null，内存消耗较大
- 解决办法：设置 TTL（过期时间），但会带来下面的问题
可能造成短期的不一致
- 举个栗子：如果有请求访问 id为 10086 的店铺信息，此时 Redis 和数据库中均无 id为10086 店铺信息，
  
  在Redis 写入 null 时，数据库中插入了一条 id 为10086 的数据，如果其他用户访问 10086信息，返回结果还是 null ，实际数据库中存在 id 为10086 店铺信息
- 解决办法：数据库插入数据时，覆盖掉Redis 中对应的数据

编码解决商品查询的缓存穿透问题

核心思路如下：

在原来的逻辑中，我们如果发现这个数据在mysql中不存在，直接就返回404了，这样是会存在缓存穿透问题的

现在的逻辑中：如果这个数据不存在，我们不会返回404 ，还是会把这个数据写入到Redis中，并且将value设置为空，欧当再次发起查询时，我们如果发现命中之后，判断这个value是否是null，如果是null，则是之前写入的数据，证明是缓存穿透数据，如果不是，则直接返回数据。

图解：

代码实现：

修改 ShopServiceImpl

@Overridepublic Result queryById(Long id) {//String key = "cache:shop:"+id;String key = CACHE_SHOP_KEY+id;// 1.从Redis 查询店铺信息String shopJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);// 2.判断是否存在if (StrUtil.isNotBlank(shopJson)){// 3.存在，直接返回Shop shop = JSONUtil.toBean(shopJson, Shop.class);return Result.ok(shop);}// 判断命中的是否是空值if (shopJson != null){//说明是 ""return Result.fail("店铺信息不存在！");}// 4.不存在，根据 id 查询数据库Shop shop = getById(id);// 5.shop 不存在，返回错误if (shop == null){// 将空值写入 RedisstringRedisTemplate.opsForValue().set(key,"",CACHE_NULL_TTL,TimeUnit.MINUTES);return Result.fail("店铺不存在！");}// 6.存在，写入 Redis,设置过期时间stringRedisTemplate.opsForValue().set(key,JSONUtil.toJsonStr(shop),CACHE_SHOP_TTL, TimeUnit.MINUTES);// 7.返回return Result.ok(shop);}

测试：

店铺id存在：http://localhost:8081/shop/1

店铺id不存在：http://localhost:8081/shop/0

第一次：查询数据库，把""写入Redis，idea控制台可查看到sql语句
之后，再次查询该 id ，去Redis 里查询数据，然后返回结果，idea 控制台无显示
两分钟后，Redis 自动删除该 id 信息

浏览器显示：

Redis 显示：

总结

缓存穿透产生的原因是什么？

用户请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，不断发起这样的请求，给数据库带来巨大压力

缓存穿透的解决方案有哪些？

缓存null值
布隆过滤
增强id的复杂度，避免被猜测id规律
做好数据的基础格式校验
加强用户权限校验
做好热点参数的限流

缓存雪崩问题及解决思路

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TTL添加随机值
利用Redis集群提高服务的可用性
给缓存业务添加降级限流策略
给业务添加多级缓存

图解：

缓存击穿问题及解决思路

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。

常见的解决方案有两种：

互斥锁
逻辑过期

逻辑分析：假设线程1在查询缓存之后，本来应该去查询数据库，然后把这个数据重新加载到缓存的，此时只要线程1走完这个逻辑，其他线程就都能从缓存中加载这些数据了，但是假设在线程1没有走完的时候，后续的线程2，线程3，线程4同时过来访问当前这个方法，那么这些线程都不能从缓存中查询到数据，那么他们就会同一时刻来访问查询缓存，都没查到，接着同一时间去访问数据库，同时的去执行数据库代码，对数据库访问压力过大

图解：

解决方案一、使用锁来解决：

因为锁能实现互斥性。假设线程过来，只能一个人一个人的来访问数据库，从而避免对于数据库访问压力过大，但这也会影响查询的性能，因为此时会让查询的性能从并行变成了串行，我们可以采用tryLock方法 + double check来解决这样的问题。

假设现在线程1过来访问，他查询缓存没有命中，但是此时他获得到了锁的资源，那么线程1就会一个人去执行逻辑，假设现在线程2过来，线程2在执行过程中，并没有获得到锁，那么线程2就可以进行到休眠，直到线程1把锁释放后，线程2获得到锁，然后再来执行逻辑，此时就能够从缓存中拿到数据了。

图解：

解决方案二、逻辑过期方案

方案分析：我们之所以会出现这个缓存击穿问题，主要原因是在于我们对key设置了过期时间，假设我们不设置过期时间，其实就不会有缓存击穿的问题，但是不设置过期时间，这样数据不就一直占用我们内存了吗，我们可以采用逻辑过期方案。

我们把过期时间设置在 redis的value中，注意：这个过期时间并不会直接作用于redis，而是我们后续通过逻辑去处理。假设线程1去查询缓存，然后从value中判断出来当前的数据已经过期了，此时线程1去获得互斥锁，那么其他线程会进行阻塞，获得了锁的线程他会开启一个线程去进行以前的重构数据的逻辑，直到新开的线程完成这个逻辑后，才释放锁，而线程1直接进行返回，假设现在线程3过来访问，由于线程线程2持有着锁，所以线程3无法获得锁，线程3也直接返回数据，只有等到新开的线程2把重建数据构建完后，其他线程才能走返回正确的数据。

这种方案巧妙在于，异步的构建缓存，缺点在于在构建完缓存之前，返回的都是脏数据。

图解：

进行对比

互斥锁方案：由于保证了互斥性，所以数据一致，且实现简单，因为仅仅只需要加一把锁而已，也没其他的事情需要操心，所以没有额外的内存消耗，缺点在于有锁就有死锁问题的发生，且只能串行执行性能肯定受到影响

逻辑过期方案： 线程读取过程中不需要等待，性能好，有一个额外的线程持有锁去进行重构数据，但是在重构数据完成前，其他的线程只能返回之前的数据，且实现起来麻烦

图解：

利用互斥锁解决缓存击穿问题

核心思路：相较于原来从缓存中查询不到数据后直接查询数据库而言，现在的方案是进行查询之后，如果从缓存没有查询到数据，则进行互斥锁的获取，获取互斥锁后，判断是否获得到了锁，如果没有获得到，则休眠，过一会再进行尝试，直到获取到锁为止，才能进行查询

如果获取到了锁的线程，再去进行查询，查询后将数据写入redis，再释放锁，返回数据，利用互斥锁就能保证只有一个线程去执行操作数据库的逻辑，防止缓存击穿

图解：

操作锁的代码：

核心思路就是利用redis的setnx方法来表示获取锁，该方法含义是redis中如果没有这个key，则插入成功，返回1，在stringRedisTemplate中返回true，如果有这个key则插入失败，则返回0，在stringRedisTemplate返回false，我们可以通过true，或者是false，来表示是否有线程成功插入key，成功插入的key的线程我们认为他就是获得到锁的线程。

    private boolean tryLock(String key) {Boolean flag = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "1", 10, TimeUnit.SECONDS);// 这里使用 BooleanUtil工具类，直接返回会经历拆箱，可能导致空指针return BooleanUtil.isTrue(flag);}private void unLock(String key) {stringRedisTemplate.delete(key);}

操作代码：

public Shop queryWithMutex(Long id) {String key = CACHE_SHOP_KEY + id;// 1.从Redis 查询店铺信息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, Shop.class);}// 判断命中的是否是空值if (shopJson != null) {//说明是 ""return null;}// 4.实现缓存重构// 4.1 获取互斥锁String lockKey = "lock:shop:" + id;Shop shop = null;try {boolean isLock = tryLock(lockKey);// 4.2判断是否获取成功if (!isLock){// 4.3失败，则休眠重试Thread.sleep(100);return queryWithMutex(id);}// 4.4 成功，再次检查Redis缓存中是否存在// queryWithMutex(id); 栈溢出，不能这样判断// 根据 id 查询数据库shop = getById(id);// 模拟重建的延时Thread.sleep(200);// 5.不存在，返回错误if (shop == null) {// 将空值写入 RedisstringRedisTemplate.opsForValue().set(key, "", CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.MINUTES);//返回错误信息return null;}// 6.存在，写入 Redis,设置过期时间stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(shop), CACHE_SHOP_TTL, TimeUnit.MINUTES);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);} finally {// 7.释放互斥锁unLock(lockKey);}// 8.返回return shop;}

优化代码：

获取锁成功后为何再次检测Redis缓存是否存在？

个人理解：

1000个请求打过来
- 1号线程拿到锁
- 2号线程及其他线程阻塞等待
获取锁成功后再次检测Redis缓存是否存在
- 1号线程第一个执行，Redis中没有数据，继续往下执行，数据写入Redis
轮到2号线程及其他线程（以2号为例）
- 拿到锁后不加判断：
  - 此时Redis中已有数据，但2号线程和其他线程均不知道，还会休眠重试争夺锁
- 拿到锁后添加判断：
  - 此时Redis中已有数据，其他线程直接去取，不需要接着等待争夺锁
如何判断Redis缓存是否存在？
- 另写方法：
  - 拿到锁后判断Redis中是否有数据
    - 有数据，直接返回数据（可以再次另写一个方法），不往下执行，QPS极低
      
      一个 isHit（是否命中方法）、另一个 getFromRedis（判断，如果命中，返回数据），亲测可用
    - 没有接着执行
- if 判断：
  - 方法开头那两个if拿过来用用，QPS极低
- 其他方法
  - 待开发
- 错误方法：调用自身，即递归，会导致栈溢出

代码分析：

请求打到Redis（两种情况）
- 要查询的数据存在：直接返回
- 不存在：判断是否命中空值？
  - 命中空值，返回 null
  - 没命中，缓存重构
实现缓存重构
- 获取互斥锁（两种情况）
  - 没拿到锁：线程休眠重试（递归）
  - 拿到锁，接着执行
- 再次检测Redis缓存是否存在
- 根据 id 查数据库（两种情况）
  - 未查询到：返回null，将空值写入Redis
  - 存在，写入 Redis,设置过期时间
- 释放锁
- 返回结果

完整代码

package com.hmdp.service.impl;import cn.hutool.core.util.BooleanUtil;
import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.hmdp.dto.Result;
import com.hmdp.entity.Shop;
import com.hmdp.mapper.ShopMapper;
import com.hmdp.service.IShopService;
import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.impl.ServiceImpl;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
import javax.annotation.Resource;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import static com.hmdp.utils.RedisConstants.*;@Service
public class ShopServiceImpl extends ServiceImpl<ShopMapper, Shop> implements IShopService {@Resourceprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;@Overridepublic Result queryById(Long id) {//缓存穿透//Shop shop = queryWithPassThrough(id);//互斥锁解决缓存击穿Shop shop = queryWithMutex(id);if (shop == null) {return Result.fail("店铺不存在！");}return Result.ok(shop);}public Shop queryWithMutex(Long id) {String key = CACHE_SHOP_KEY + id;// 1.从Redis 查询店铺信息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, Shop.class);}// 判断命中的是否是空值if (shopJson != null) {//说明是 ""return null;}// 4.实现缓存重构// 4.1 获取互斥锁String lockKey = "lock:shop:" + id;Shop shop = null;try {boolean isLock = tryLock(lockKey);// 4.2判断是否获取成功if (!isLock){// 4.3失败，则休眠重试Thread.sleep(100);return queryWithMutex(id);}// 4.4 成功，再次检查Redis缓存中是否存在if (StrUtil.isNotBlank(shopJson)) {// 存在，直接返回return JSONUtil.toBean(shopJson, Shop.class);}// 判断命中的是否是空值if (shopJson != null) {//说明是 ""return null;}// 根据 id 查询数据库shop = getById(id);// 模拟重建的延时Thread.sleep(200);// 5.不存在，返回错误if (shop == null) {// 将空值写入 RedisstringRedisTemplate.opsForValue().set(key, "", CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.MINUTES);//返回错误信息return null;}// 6.存在，写入 Redis,设置过期时间stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(shop), CACHE_SHOP_TTL, TimeUnit.MINUTES);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);} finally {// 7.释放互斥锁unLock(lockKey);}// 8.返回return shop;}//缓存穿透public Shop queryWithPassThrough(Long id) {String key = CACHE_SHOP_KEY + id;// 1.从Redis 查询店铺信息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, Shop.class);}// 判断命中的是否是空值if (shopJson != null) {//说明是 ""return null;}// 4.不存在，根据 id 查询数据库Shop shop = getById(id);// 5.shop 不存在，返回错误if (shop == null) {// 将空值写入 RedisstringRedisTemplate.opsForValue().set(key, "", CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.MINUTES);return null;}// 6.存在，写入 Redis,设置过期时间stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(shop), CACHE_SHOP_TTL, TimeUnit.MINUTES);// 7.返回return shop;}@Override@Transactionalpublic Result update(Shop shop) {Long id = shop.getId();if (id == null) {return Result.fail("店铺 id 不能为空！");}// 1.更新数据库updateById(shop);// 2.删除缓存stringRedisTemplate.delete(CACHE_SHOP_KEY + id);return Result.ok();}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);}
}

测试

使用 JMeter 模拟高并发请求：

JMeter 官网：Apache JMeter - Apache JMeter™

jmeter下载安装教程：jmeter使用教程

QPS：两分钟读懂什么是TPS和QPS

注意：测试前，一定要把Redis中缓存数据删除

线程组配置：QPS 大约 200
HTTP请求配置
查看结果树
查看汇总报告
查看 idea 控制台日志信息

测试成功！！！

利用逻辑过期解决缓存击穿问题

需求：修改根据id查询商铺的业务，基于逻辑过期方式来解决缓存击穿问题

思路分析：当用户开始查询redis时，判断是否命中，如果没有命中则直接返回空数据，不查询数据库，而一旦命中后，将value取出，判断value中的过期时间是否满足，如果没有过期，则直接返回redis中的数据，如果过期，则在开启独立线程后直接返回之前的数据，独立线程去重构数据，重构完成后释放互斥锁。

如果封装数据：因为现在redis中存储的数据的value需要带上过期时间，此时要么你去修改原来的实体类，要么你

步骤一、

设置逻辑过期时间：

修改 Shop 实体类，添加逻辑过期时间属性
- 缺点：不友好，对原来的代码和业务逻辑做了修改
新建一个实体类RedisData，定义逻辑过期时间字段
Shop 如何拥有逻辑过期时间属性？
- Shop 继承RedisData
  - 缺点：修改源代码，具有侵入性
- RedisData 类添加 object 属性 data
我们采用第二个方案，这个方案，对原来代码没有侵入性。

package com.hmdp.utils;import lombok.Data;import java.time.LocalDateTime;@Data
public class RedisData {private LocalDateTime expireTime;private Object data;
}

步骤二、

在ShopServiceImpl 新增此方法，利用单元测试进行缓存预热

    public void saveShop2Redis (Long id,Long expireSeconds){// 1.查询店铺数据Shop shop = getById(id);// 2.封装逻辑过期时间RedisData redisData = new RedisData();redisData.setData(shop);redisData.setExpireTime(LocalDateTime.now().plusSeconds(expireSeconds));// 3.写入RedisstringRedisTemplate.opsForValue().set(CACHE_SHOP_KEY+id,JSONUtil.toJsonStr(redisData));}

在测试类中

package com.hmdp;import com.hmdp.service.impl.ShopServiceImpl;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;import javax.annotation.Resource;@SpringBootTest
class HmDianPingApplicationTests {@Resourceprivate ShopServiceImpl shopService;@Testvoid testSaveShop(){shopService.saveShop2Redis(1L,10L);}
}

启动测试

步骤三：逻辑过期代码

ShopServiceImpl

public Shop queryWithLogicalExpire(Long id) {String key = CACHE_SHOP_KEY + id;// 1.从Redis 查询店铺信息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，需要把json反序列化为对象RedisData redisData = JSONUtil.toBean(json, RedisData.class);JSONObject data = (JSONObject) redisData.getData();Shop shop = JSONUtil.toBean(data, Shop.class);LocalDateTime expireTime = redisData.getExpireTime();// 5.判断是否过期if (expireTime.isAfter(LocalDateTime.now())) {// 5.1 未过期，返回店铺信息return shop;}// 5.2已过期，需要缓存重建// 6.缓存重建// 6.1获取互斥锁String localKey = LOCK_SHOP_KEY+id;boolean isLock = tryLock(localKey);// 6.2判断是否获取锁成功if (isLock){CACHE_REBUILD_EXECUTOR.submit(()->{//重建缓存try {this.saveShop2Redis(id,20L);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {//释放锁unLock(localKey);}});}// 7.返回return shop;}

优化代码

获取锁成功后为何再次检测Redis缓存是否过期？

原因：（仅供参考）

当第一个请求（线程1）开启线程执行缓存重建马上要释放锁的时候，另一个请求（线程2）刚刚检查Redis数据发现过期
此时，线程1释放锁，线程2获取锁，导致再次缓存重建

以上只是个人理解，老师在视频中并未讲述，仅做参考，互斥锁也一样

代码分析

从redis查询商铺缓存
判断查询数据是否存在
- 不存在，返回null
- 存在，判断缓存是否过期

命中，需要先把json（查询到的数据）反序列化为对象

RedisData redisData = JSONUtil.toBean(json, RedisData.class);JSONObject data = (JSONObject) redisData.getData();Shop shop = JSONUtil.toBean(data, Shop.class);LocalDateTime expireTime = redisData.getExpireTime();

判断缓存是否过期
- 未过期，直接返回店铺信息
- 过期，缓存重建
缓存重建
- 获取互斥锁
- 判断是否获取锁成功
- 获取成功：再次检测Redis是否过期
  - 过期：重建缓存、释放锁
  - 未过期：直接返回店铺信息
返回过期的商铺信息

完整代码（只包含逻辑过期）

package com.hmdp.service.impl;import cn.hutool.core.util.BooleanUtil;
import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import cn.hutool.json.JSONObject;
import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.hmdp.dto.Result;
import com.hmdp.entity.Shop;
import com.hmdp.mapper.ShopMapper;
import com.hmdp.service.IShopService;
import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.impl.ServiceImpl;
import com.hmdp.utils.RedisData;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
import javax.annotation.Resource;
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import static com.hmdp.utils.RedisConstants.*;@Service
public class ShopServiceImpl extends ServiceImpl<ShopMapper, Shop> implements IShopService {@Resourceprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;private static final ExecutorService CACHE_REBUILD_EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(10);@Overridepublic Result queryById(Long id) {//缓存穿透//Shop shop = queryWithPassThrough(id);//互斥锁解决缓存击穿//Shop shop = queryWithMutex(id);//逻辑过期解决缓存击穿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;// 1.从Redis 查询店铺信息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，需要把json反序列化为对象RedisData redisData = JSONUtil.toBean(json, RedisData.class);JSONObject data = (JSONObject) redisData.getData();Shop shop = JSONUtil.toBean(data, Shop.class);LocalDateTime expireTime = redisData.getExpireTime();// 5.判断是否过期if (expireTime.isAfter(LocalDateTime.now())) {// 5.1 未过期，返回店铺信息return shop;}// 5.2已过期，需要缓存重建// 6.缓存重建// 6.1获取互斥锁String localKey = LOCK_SHOP_KEY+id;boolean isLock = tryLock(localKey);// 6.2判断是否获取锁成功// 6.3再次检测Redis是否过期（自己实现，原理同互斥锁）if (isLock){CACHE_REBUILD_EXECUTOR.submit(()->{//重建缓存try {this.saveShop2Redis(id,20L);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {//释放锁unLock(localKey);}});}// 7.返回return shop;}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 saveShop2Redis (Long id,Long expireSeconds) throws InterruptedException {// 1.查询店铺数据Shop shop = getById(id);// 模拟缓存重建延迟Thread.sleep(200);// 2.封装逻辑过期时间RedisData redisData = new RedisData();redisData.setData(shop);redisData.setExpireTime(LocalDateTime.now().plusSeconds(expireSeconds));// 3.写入RedisstringRedisTemplate.opsForValue().set(CACHE_SHOP_KEY+id,JSONUtil.toJsonStr(redisData));}
}

测试

目的：

在高并发的情况下：
- 会不会都来做缓存重建（并发安全问题）？
一致性问题：
- 在缓存重建完成之前，我们查到的是旧的数据还是新的数据？

具体操作步骤：

修改数据库：

注意：此时 Redis 中缓存的数据为“666茶餐厅”，数据库中已修改为“688茶餐厅”

数据库与Redis不一致
jmeter配置线程组：QPS大概100
jmeter HTTP请求（和上次一样）
运行测试

jmeter:

==注意：==这100个线程不是按照时间先后排序的，这个图是为了方便理解画的，与实际有误！！！

idea:
测试成功

注意：测试结果也说明了存在短期数据不一致问题

封装Redis工具类

基于StringRedisTemplate封装一个缓存工具类，满足下列需求：

方法1：将任意Java对象序列化为json并存储在string类型的key中，并且可以设置TTL过期时间
方法2：将任意Java对象序列化为json并存储在string类型的key中，并且可以设置逻辑过期时间，用于处理缓

存击穿问题

方法3：根据指定的key查询缓存，并反序列化为指定类型，利用缓存空值的方式解决缓存穿透问题
方法4：根据指定的key查询缓存，并反序列化为指定类型，需要利用逻辑过期解决缓存击穿问题

代码如下：

@Slf4j
@Component
public class CacheClient {private final StringRedisTemplate stringRedisTemplate;private static final ExecutorService CACHE_REBUILD_EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(10);public CacheClient(StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;}public void set(String key, Object value, Long time, TimeUnit unit) {stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(value), time, unit);}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RedisstringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(redisData));}public <R,ID> R queryWithPassThrough(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.isNotBlank(json)) {// 3.存在，直接返回return JSONUtil.toBean(json, type);}// 判断命中的是否是空值if (json != null) {// 返回一个错误信息return null;}// 4.不存在，根据id查询数据库R r = dbFallback.apply(id);// 5.不存在，返回错误if (r == null) {// 将空值写入redisstringRedisTemplate.opsForValue().set(key, "", CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.MINUTES);// 返回错误信息return null;}// 6.存在，写入redisthis.set(key, r, time, unit);return r;}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;}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redisstringRedisTemplate.opsForValue().set(key, "", CACHE_NULL_TTL, TimeUnit.MINUTES);// 返回错误信息return null;}// 6.存在，写入redisthis.set(key, r, time, unit);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}finally {// 7.释放锁unlock(lockKey);}// 8.返回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);}
}

测试

测试工具类中：queryWithPassThrough 方法

@Resourceprivate CacheClient cacheClient;@Overridepublic Result queryById(Long id) {//解决缓存穿透Shop shop = cacheClient.queryWithPassThrough(CACHE_SHOP_KEY,id,Shop.class,this::getById,CACHE_SHOP_TTL,TimeUnit.MINUTES);//缓存穿透//Shop shop = queryWithPassThrough(id);//互斥锁解决缓存击穿//Shop shop = queryWithMutex(id);//逻辑过期解决缓存击穿//Shop shop = queryWithLogicalExpire(id);if (shop == null) {return Result.fail("店铺不存在！");}return Result.ok(shop);}

浏览器狂刷：http://localhost:8081/shop/0

idea 控制台只有一条查询语句

测试通过！

测试工具类中：queryWithLogicalExpire 方法

测试类：

// 提前把数据存进去，不然查不到逻辑过期时间
@SpringBootTest
class HmDianPingApplicationTests {@Resourceprivate ShopServiceImpl shopService;@Resourceprivate CacheClient cacheClient;@Testvoid testSaveShop() throws InterruptedException {//shopService.saveShop2Redis(1L,10L);Shop shop = shopService.getById(1);cacheClient.setWithLogicExpire(CACHE_SHOP_KEY+1L,shop,10L, TimeUnit.SECONDS);}
}

调用方法：

@Resourceprivate CacheClient cacheClient;@Overridepublic Result queryById(Long id) {//解决缓存穿透
//        Shop shop = cacheClient.
//                queryWithPassThrough(CACHE_SHOP_KEY,id,Shop.class,this::getById,CACHE_SHOP_TTL,TimeUnit.MINUTES);//缓存穿透//Shop shop = queryWithPassThrough(id);//互斥锁解决缓存击穿//Shop shop = queryWithMutex(id);//逻辑过期解决缓存击穿//Shop shop = queryWithLogicalExpire(id);// 逻辑过期解决缓存击穿Shop shop = cacheClient.queryWithLogicalExpire(CACHE_SHOP_KEY, id, Shop.class, this::getById, 20L, TimeUnit.SECONDS);if (shop == null) {return Result.fail("店铺不存在！");}return Result.ok(shop);}

启动测试：

jmeter：测试成功（都是绿的，也查到数据）
idea控制台：测试成功（只有一条查询语句）

工具类测试通过！

总结

由于黑马点评商户查询缓存内容较多，将会另写一篇文章做总结
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