使用互斥锁解决Redis缓存击穿问题

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在高并发的系统中，缓存是提升性能和减轻数据库压力的重要手段之一。然而，在使用缓存的过程中，缓存击穿是一种常见问题。当缓存中的某个热点数据失效（过期）时，多个请求同时穿透缓存访问数据库，导致数据库瞬间压力剧增，从而可能引发系统崩溃。本文将介绍如何使用互斥锁（Mutex）来解决Redis缓存击穿问题，并提供详细的代码案例。

1. 什么是缓存击穿

缓存击穿是指缓存中某个热点数据失效时，多个请求同时访问数据库，而不是等待缓存重新加载数据。这种情况通常发生在高并发场景下，可能导致数据库瞬时压力过大，从而影响系统的整体性能和稳定性。

2. 互斥锁解决缓存击穿的思路

为了防止缓存击穿，我们可以在缓存重建期间通过互斥锁来保证只有一个线程可以访问数据库，其他线程等待锁释放后再从缓存中获取数据。具体步骤如下：

客户端请求数据时，首先从缓存中获取数据。
如果缓存中没有数据，则尝试获取互斥锁。

如果获取到锁，则访问数据库获取数据，并将数据写入缓存，同时释放锁。
如果未获取到锁，则等待其他线程完成数据加载，从缓存中获取数据。

3. 实现互斥锁解决缓存击穿

3.1 环境准备

在开始编码之前，请确保你已经安装并配置好了以下软件：

JDK（推荐使用 JDK 8 或以上）
Redis 服务器
一个集成开发环境（如 IntelliJ IDEA 或 Eclipse）
Jedis（Java 的 Redis 客户端库）

3.2 Maven 依赖

在你的 pom.xml 文件中添加 Jedis 依赖：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>redis.clients</groupId>
        <artifactId>jedis</artifactId>
        <version>3.5.2</version>
    </dependency>
</dependencies>

3.3 代码实现

下面是一个使用互斥锁解决Redis缓存击穿的代码示例：

package com.example.cache;

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class CacheWithMutex {

    private static final String REDIS_HOST = "localhost";
    private static final int REDIS_PORT = 6379;
    private static final String CACHE_KEY = "cache_key";
    private static final String LOCK_KEY = "lock_key";
    private static final int LOCK_EXPIRE_TIME = 5; // 锁过期时间（秒）
    private static final int CACHE_EXPIRE_TIME = 60; // 缓存过期时间（秒）

    public static void main(String[] args) {
        CacheWithMutex cacheWithMutex = new CacheWithMutex();
        String result = cacheWithMutex.getDataWithCache();
        System.out.println("Result: " + result);
    }

    public String getDataWithCache() {
        try (Jedis jedis = new Jedis(REDIS_HOST, REDIS_PORT)) {
            // 从缓存中获取数据
            String data = jedis.get(CACHE_KEY);
            if (data != null) {
                return data;
            }

            // 尝试获取互斥锁
            if (acquireLock(jedis, LOCK_KEY, LOCK_EXPIRE_TIME)) {
                try {
                    // 从数据库中获取数据（模拟）
                    data = getDataFromDB();
                    // 将数据写入缓存
                    jedis.setex(CACHE_KEY, CACHE_EXPIRE_TIME, data);
                } finally {
                    // 释放互斥锁
                    releaseLock(jedis, LOCK_KEY);
                }
            } else {
                // 未获取到锁，等待一段时间后重试
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
                return getDataWithCache();
            }

            return data;
        }
    }

    private boolean acquireLock(Jedis jedis, String lockKey, int expireTime) {
        long result = jedis.setnx(lockKey, "1");
        if (result == 1) {
            jedis.expire(lockKey, expireTime);
            return true;
        }
        return false;
    }

    private void releaseLock(Jedis jedis, String lockKey) {
        jedis.del(lockKey);
    }

    private String getDataFromDB() {
        // 模拟从数据库中获取数据
        return "data_from_db";
    }
}