Redis搞定缓存击穿：互斥锁+缓存预热与随机过期

缓存击穿是指缓存中没有但数据库中有的数据（一般是缓存时间到期），这时由于并发用户特别多，同时读缓存没读到数据，又同时去数据库去取数据，引起数据库压力瞬间增大，造成过大压力。针对缓存击穿问题，Redis 提供了多种解决方案，以下是两种常见且有效的方法：

1. 使用互斥锁（Mutex Lock）

原理：

在缓存失效的瞬间，大量请求会直达数据库，造成数据库压力剧增。为了解决这个问题，可以在访问数据库之前，先尝试获取一个互斥锁。只有获取到锁的请求才能继续访问数据库，其他请求则等待或返回默认值。

实现步骤：

1. 检查缓存：首先检查缓存中是否存在所需的数据。
2. 获取锁：如果缓存中不存在数据，尝试获取互斥锁。
3. 访问数据库：如果获取到锁，则访问数据库获取数据，并将数据更新到缓存中。
4. 释放锁：无论是否获取到数据，最后都要释放锁。
5. 返回数据：如果获取到数据，则返回给请求方；如果未获取到数据（例如数据库中也无数据），则返回默认值或错误提示。

优点：

• 有效防止缓存击穿，确保在缓存失效的瞬间只有一个请求能够访问数据库。
• 实现相对简单，易于理解和维护。

缺点：

• 引入了锁机制，可能会增加系统的复杂性。
• 如果锁实现不当，可能会导致死锁或性能下降。

示例代码（伪代码）：

def get_data_with_lock(key):
    # 检查缓存
    data = redis.get(key)
    if data is not None:
        return data

    # 尝试获取锁
    lock_acquired = acquire_lock(key)
    if not lock_acquired:
        # 如果未获取到锁，可以返回默认值或等待重试
        return default_value

    try:
        # 访问数据库
        data = database.get(key)
        if data is not None:
            # 更新缓存
            redis.set(key, data, ex=cache_expiration)
        return data
    finally:
        # 释放锁
        release_lock(key)

2. 缓存预热与随机过期时间

原理：

• 缓存预热：在系统启动或低峰期，将可能频繁访问的数据预先加载到缓存中，以减少缓存失效时的数据库访问压力。
• 随机过期时间：为了避免大量缓存同时失效，可以为每个缓存项设置一个随机的过期时间，使得缓存失效的时间点更加分散。

实现步骤：

1. 缓存预热：在系统启动或低峰期，通过脚本或定时任务将热门数据加载到缓存中。
2. 设置随机过期时间：在将数据存入缓存时，为每个缓存项设置一个随机的过期时间（例如，在基础过期时间的基础上加上一个随机数）。

优点：

• 缓存预热可以减少缓存失效时的数据库访问压力。
• 随机过期时间可以避免大量缓存同时失效，进一步减轻数据库压力。

缺点：

• 缓存预热需要额外的维护成本，需要定期更新缓存数据。
• 随机过期时间可能无法完全避免缓存击穿，但在一定程度上可以减轻问题。

示例代码（设置随机过期时间）：

import random
import time

def set_data_with_random_expiration(key, value, base_expiration=3600):
    # 设置随机过期时间
    random_expiration = base_expiration + random.randint(0, 300)  # 在基础过期时间上加上0到300秒的随机数
    redis.set(key, value, ex=random_expiration)

# 使用示例
set_data_with_random_expiration('hot_data_key', 'hot_data_value')