浅谈Redis缓存雪崩解决方案

目录

• 1.保持缓存层的高可用
• 2.限流降级组件
• 3.缓存不过期
• 4.优化缓存过期时间
• 5.使用互斥锁重建缓存
• 6.异步重建缓存

缓存层承载着大量的请求,有效保护了存储层。但是如果由于大量缓存失效或者缓存整体不能提供服务,导致大量的请求到达存储层,会使存储层负载增加(大量的请求查询数据库) 。这就是缓存雪崩的场景;

解决缓存雪崩可以从下面的几点着手：

1.保持缓存层的高可用

使用Redis哨兵模式或者Redis集群部署方式,即是个别Redis节点下线,整个缓存层依然可以使用。除此之外还可以在多个机房部署Redis,这样即便是机房死机,依然可以实现缓存层的高可用。

2.限流降级组件

无论是缓存层还是存储层都会有出错的概率,可以将它们视为资源。作为并发量较大的分布式系统，假如有一个资源不可用，可能会造成所有线程在获取这个资源时异常，造成整个系统不可用。降级在高并发系统中是非常正常的，比如推荐服务中，如果个性化推荐服务不可用，可以降级补充热点数据，不至于造成整个推荐服务不可用。常见的限流降级组件如 Hystrix、Sentinel 等。

3.缓存不过期

Redis 中保存的 key 永不失效，这样就不会出现大量缓存同时失效的问题，但是随之而来的就是Redis 需要更多的存储空间。

4.优化缓存过期时间

设计缓存时，为每一个 key 选择合适的过期时间，避免大量的 key 在同一时刻同时失效，造成缓存雪崩。

5.使用互斥锁重建缓存

在高并发场景下，为了避免大量的请求同时到达存储层查询数据、重建缓存，可以使用互斥锁控制，如根据 key 去缓存层查询数据，当缓存层为命中时，对 key 加锁，然后从存储层查询数据，将数据写入缓存层，最后释放锁。若其他线程发现获取锁失败，则让线程休眠一段时间后重试。对于锁的类型，如果是在单机环境下可以使用 Java 并发包下的 Lock，如果是在分布式环境下，可以使用分布式锁（Redis 中的 SETNX 方法）。

分布式环境下互斥锁重建缓存伪代码

/**
 * 互斥锁建立缓存
 *
 **/
public String get(String key) {
   // redis中查询key对应的value
   String value = redis.get(key);
   // 缓存未命中
   if (value == null) {
      // 互斥锁
      String key_mutex_lock = "mutex:lock" + key;
      // 互斥锁加锁成功
      if(redis.setnx(key_mutex_lock,"1")) { // 返回 0（false）,1（true）
          try {
              // 设置互斥锁超时时间,这里设置的是锁的失效时间,而不是key的失效时间
              redis.expire(key_mutex_lock,3*60);
              // 从数据库查询
              value = db.get(key);
              // 数据写入缓存
              redis.set(key,value);

          } finally {
               // 释放锁
              boolean keyExist = jedis.exists(key_mutex_lock);
              if(keyExist){
                  redis.delete(key_mutex_lock);
               }
      } else {
              // 加锁失败,线程休息50ms后重试
               Thread.sleep(50);
               return get(key); // 直接返回缓存结果
     }
   }
}

分布式环境下使用Redis 分布式锁实现缓存重建，优点是设计思路简单，对数据一致性有保障;缺点是代码复杂度增加，有可能会造成用户等待。假设在高并发下，缓存重建期间 key 是锁着的，如果当前并发 1000 个请求，其中 999 个都在阻塞，会导致 999 个用户请求阻塞而等待。

6.异步重建缓存

在这种方案下构建缓存采取异步策略，会从线程池中获取线程来异步构建缓存，从而不会让所有的请求直接到达存储层，该方案中每个Redis key 维护逻辑超时时间，当逻辑超时时间小于当前时间时，则说明当前缓存已经失效，应当进行缓存更新，否则说明当前缓存未失效，直接返回缓存中的 value 值。如在Redis 中将 key 的过期时间设置为 60 min，在对应的 value 中设置逻辑过期时间为 30 min。这样当 key 到了 30 min 的逻辑过期时间，就可以异步更新这个 key 的缓存，但是在更新缓存的这段时间内，旧的缓存依然可用。这种异步重建缓存的方式可以有效避免大量的 key 同时失效。

/**
  *  异步重建缓存: ValueObject为对应的封装的实体模型
  *
  **/
public String get(String key) {
    // 重缓存中查询key对应的ValueObject对象
    ValueObject valueObject = redis.get(key);
    // 获取存储中对应的value值
    String value = valueObject.getValue();
    // 获取实体模型中的缓存过期的时间：timeOut = 设置缓存时的当前时间+过期时间(如30秒,60秒等等)
    long logicTimeOut = valueObject.getTimeOut();  // 等位换算为long类型
    // 当前可以在逻辑上失效
    if (logicTimeOut <= System.currentTimeMillis()) {
         // 异步更新缓存
         threadPool.execute(new Runnable() {
             String key_mutex_lock = "mutex_lock" + key;
              // 互斥锁加锁成功
      if(redis.setnx(key_mutex_lock,"1")) { // 返回 0（false）,1（true）
          try {
              // 设置互斥锁超时时间,这里设置的是锁的失效时间,而不是key的失效时间
              redis.expire(key_mutex_lock,3*60);
              // 从数据库查询
              dbValue = db.get(key);
              // 数据写入缓存
              redis.set(key,dbValue);

          } finally {
              // 释放锁
              boolean keyExist = jedis.exists(key_mutex_lock);
              if(keyExist){
                  redis.delete(key_mutex_lock);
               }

         }
      } else { 

             }

         });
       return value; // 直接返回缓存结果
    }
}

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