在高并发系统中，Redis 缓存是一种常见的性能优化方式。然而，缓存击穿问题也伴随着高并发访问而来。本篇博文将详细分析缓存击穿的原理，以及如何通过互斥锁（Mutex）来解决这一问题。我们还将提供具体的代码示例，以帮助您更好地理解和实现这一方法。让我们开始吧！🚀
缓存击穿问题原理
什么是缓存击穿？
缓存击穿是指在高并发场景下，当缓存中的某个热点数据失效时，多个请求同时访问该数据，导致这些请求直接打到数据库（DB），从而引起数据库压力骤增，甚至崩溃。
缓存击穿的影响
- 数据库压力增加：瞬时大量请求直接打到数据库，可能导致数据库崩溃。
- 响应时间变长：用户请求不能从缓存快速获取数据，导致响应时间变长。
缓存击穿示例
假设某个热点数据在缓存中的键为 key1，缓存过期时间为 10s。在第 11s 时，大量请求同时到达，而此时 key1 刚好过期，所有请求会直接打到数据库，造成瞬时压力激增。
互斥锁解决缓存击穿
什么是互斥锁？
互斥锁（Mutex）是一种同步机制，用于确保在同一时刻，只有一个线程或进程能够访问某个共享资源，避免竞态条件。
互斥锁解决缓存击穿的原理
通过使用互斥锁，可以确保在缓存失效时，只有一个请求能够访问数据库并更新缓存，其他请求则等待该请求完成，从而避免大量请求同时打到数据库。
实际代码案例
环境准备
- Python 3.x
redis-py库time库
安装 Redis 库
pip install redis代码实现
下面是一个详细的代码示例，展示了如何使用互斥锁来解决Redis缓存击穿问题。
import redis
import time
import threading
# 初始化 Redis 连接
redis_client = redis.StrictRedis(host='localhost', port=6379, db=0)
# 定义互斥锁
mutex = threading.Lock()
# 模拟数据库查询
def query_database(key):
# 模拟数据库查询延迟
time.sleep(2)
return f"Value of {key} from DB"
# 获取缓存数据
def get_cache_data(key):
while True:
# 尝试从缓存中获取数据
value = redis_client.get(key)
if value:
return value.decode('utf-8')
# 缓存未命中，获取互斥锁
with mutex:
# 再次检查缓存，防止其他线程已经更新缓存
value = redis_client.get(key)
if value:
return value.decode('utf-8')
# 模拟从数据库查询数据
value = query_database(key)
# 将数据写入缓存，并设置过期时间
redis_client.setex(key, 10, value)
return value
# 测试函数
def test_cache(key):
print(f"Thread-{threading.current_thread().name} gets {get_cache_data(key)}")
# 创建多个线程进行测试
threads = []
for i in range(5):
t = threading.Thread(target=test_cache, args=('key1',))
threads.append(t)
t.start()
# 等待所有线程完成
for t in threads:
t.join()
print("All threads completed")代码解析
- 初始化 Redis 连接：
- 使用
redis.StrictRedis初始化 Redis 连接。
- 定义互斥锁：
- 使用
threading.Lock定义互斥锁mutex。
- 模拟数据库查询：
query_database函数模拟从数据库查询数据，并引入延迟。
- 获取缓存数据：
get_cache_data函数尝试从缓存中获取数据，如果缓存未命中，获取互斥锁进行数据库查询，并更新缓存。
- 测试函数：
test_cache函数创建多个线程并发访问缓存，通过get_cache_data获取数据。
- 创建和启动线程：
- 创建多个线程，调用
test_cache函数进行测试。
- 等待线程完成：
- 使用
join方法等待所有线程完成。
运行结果
运行上述代码，输出结果如下：
Thread-Thread-1 gets Value of key1 from DB
Thread-Thread-2 gets Value of key1 from DB
Thread-Thread-3 gets Value of key1 from DB
Thread-Thread-4 gets Value of key1 from DB
Thread-Thread-5 gets Value of key1 from DB
All threads completed可以看到，只有一个线程进行了数据库查询，其他线程都从缓存中获取了数据。
注意事项
- 锁的粒度：锁的粒度要尽可能小，以提高系统并发性能。
- 锁的超时：为避免死锁，建议为互斥锁设置超时机制。
- 缓存过期时间：合理设置缓存过期时间，避免过期时间过短导致频繁访问数据库。
