引言

Redis是最流行的缓存数据库。本文介绍Redis的缓存设计模式。

一、缓存模式

1.1 Cache-Aside（旁路缓存）

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public User getUser(Long id) {
    // 1. 查缓存
    User user = redis.get("user:" + id);
    if (user != null) {
        return user;
    }
    
    // 2. 查数据库
    user = userDao.selectById(id);
    
    // 3. 写缓存
    if (user != null) {
        redis.setex("user:" + id, 3600, user);
    }
    
    return user;
}

public void updateUser(User user) {
    // 1. 更新数据库
    userDao.updateById(user);
    
    // 2. 删除缓存
    redis.del("user:" + user.getId());
}

1.2 Read-Through

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// 缓存层自动加载数据
@Cacheable(value = "users", key = "#id")
public User getUser(Long id) {
    return userDao.selectById(id);
}

1.3 Write-Through

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// 更新时同步写入缓存和数据库
@CachePut(value = "users", key = "#user.id")
public User updateUser(User user) {
    userDao.updateById(user);
    return user;
}

二、缓存问题

2.1 缓存穿透

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// 问题：查询不存在的数据
// 解决：布隆过滤器或缓存空值
public User getUser(Long id) {
    // 布隆过滤器检查
    if (!bloomFilter.mightContain(id)) {
        return null;
    }
    
    User user = redis.get("user:" + id);
    if (user != null) {
        return user;
    }
    
    user = userDao.selectById(id);
    
    // 缓存空值
    if (user == null) {
        redis.setex("user:" + id, 60, "null");
        return null;
    }
    
    redis.setex("user:" + id, 3600, user);
    return user;
}

2.2 缓存雪崩

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// 问题：大量缓存同时失效
// 解决：过期时间加随机值
int expire = 3600 + new Random().nextInt(300);
redis.setex(key, expire, value);

// 永不过期（逻辑过期）
data.expireTime = System.currentTimeMillis() + 3600000;
redis.set(key, data);

2.3 缓存击穿

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// 问题：热点数据过期瞬间大量请求
// 解决：互斥锁
public User getUser(Long id) {
    User user = redis.get("user:" + id);
    if (user != null) {
        return user;
    }
    
    // 获取互斥锁
    String lockKey = "lock:user:" + id;
    if (redis.setnx(lockKey, "1", 10)) {
        try {
            user = userDao.selectById(id);
            redis.setex("user:" + id, 3600, user);
        } finally {
            redis.del(lockKey);
        }
    } else {
        // 等待后重试
        Thread.sleep(50);
        return getUser(id);
    }
    
    return user;
}

三、缓存更新策略

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// 1. 超时失效
redis.setex(key, 3600, value);

// 2. 主动更新
redis.set(key, newValue);

// 3. 先更新数据库，再删除缓存
userDao.updateById(user);
redis.del("user:" + user.getId());

四、缓存预热

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@PostConstruct
public void warmUp() {
    List<User> hotUsers = userDao.selectHotUsers();
    for (User user : hotUsers) {
        redis.setex("user:" + user.getId(), 3600, user);
    }
}

总结

Redis缓存核心：

  1. 缓存模式：Cache-Aside最常用
  2. 三大问题：穿透、雪崩、击穿
  3. 更新策略：超时、主动更新
  4. 缓存预热：提前加载热点数据

参考资料