Redis 实战：缓存、分布式锁、过期策略、防穿透击穿

Redis 实战缓存、分布式锁、过期策略、防穿透击穿没有缓存的系统就像没有电梯的百层大楼——用户爬到一半就跑了。Redis 就是这部电梯用对了TPS 直接起飞。一、Redis 在 SpringBoot 中的四重身份Redis 不只是个存 key-value 的内存数据库在 SpringBoot 生态中它承担多种角色缓存层挡在数据库前面热点数据毫秒级返回分布式锁多实例环境下保证同一时刻只有一个线程执行关键代码会话管理Spring Session 集成告别粘性会话排行榜/计数器Sorted Set 天然支持排名INCR 原子递增二、SpringBoot 整合 Redis2.1 添加依赖dependencygroupIdorg.springframework.boot/groupIdartifactIdspring-boot-starter-data-redis/artifactId/dependency2.2 配置文件spring:data:redis:host:localhostport:6379database:0timeout:3000ms2.3 RedisTemplate 序列化配置默认的 JDK 序列化存在两个问题可读性差一堆乱码且占用空间大。推荐改用 JSON 序列化ConfigurationpublicclassRedisConfig{BeanpublicRedisTemplateString,ObjectredisTemplate(RedisConnectionFactoryfactory){RedisTemplateString,ObjecttemplatenewRedisTemplate();template.setConnectionFactory(factory);// Key 用 String 序列化可读性好template.setKeySerializer(newStringRedisSerializer());// Value 用 JSON 序列化template.setValueSerializer(newGenericJackson2JsonRedisSerializer());template.setHashKeySerializer(newStringRedisSerializer());template.setHashValueSerializer(newGenericJackson2JsonRedisSerializer());returntemplate;}}三、Spring Cache 缓存注解三件套Spring 提供了声明式缓存注解无需手动写 get/set 代码注解作用触发时机Cacheable查缓存有则返回无则查库并放入缓存方法调用前CacheEvict删除缓存方法调用后CachePut强制更新缓存不管 key 是否存在都执行方法并写缓存方法调用后ServicepublicclassUserService{Cacheable(valueuser,key#id)publicUsergetUserById(Longid){// 先查缓存命中直接返回未命中则执行方法并缓存结果returnuserMapper.selectById(id);}CachePut(valueuser,key#user.id)publicUserupdateUser(Useruser){userMapper.updateById(user);returnuser;}CacheEvict(valueuser,key#id)publicvoiddeleteUser(Longid){userMapper.deleteById(id);}}四、缓存三大经典问题穿透、击穿、雪崩这是面试高频题也是生产环境最容易出事故的缓存场景。4.1 缓存穿透场景查询一个数据库中永远不存在的数据比如 id -1每次请求都穿过缓存直接打到数据库。解决方案布隆过滤器在缓存前面加一层布隆过滤器不存在的 key 直接拦截。Redis 4.0 以上支持BF.ADD命令空值缓存把 null 结果也存进缓存设置极短的过期时间如 60 秒Cacheable(valueuser,key#id,unless#result null)publicUsergetUserById(Longid){UseruserredisTemplate.opsForValue().get(user:id);if(user!null)returnuser;// 查数据库useruserMapper.selectById(id);if(user!null){redisTemplate.opsForValue().set(user:id,user,30,TimeUnit.MINUTES);}else{// 空值缓存防止穿透redisTemplate.opsForValue().set(user:id,newUser(),1,TimeUnit.MINUTES);}returnuser;}4.2 缓存击穿场景某个热点 key 在过期的瞬间大量并发请求同时打到数据库。解决方案互斥锁第一个线程获得锁并查库更新缓存其他线程等待逻辑过期不设物理过期值里包含过期时间戳后台线程异步刷新4.3 缓存雪崩场景大量 key 在同一时间过期缓存集体失效数据库瞬间被压垮。解决方案给过期时间加上随机值比如30 分钟 random(1-5 分钟)intrandomMinutesnewRandom().nextInt(5)1;redisTemplate.opsForValue().set(key,value,30randomMinutes,TimeUnit.MINUTES);五、分布式锁从 SETNX 到 Redisson5.1 为什么需要分布式锁单机环境下synchronized或ReentrantLock能搞定并发问题。但服务一部署多个实例JVM 锁就失效了——锁信息不在同一个 JVM 里。这时需要一个所有实例都能访问的公共锁——Redis。5.2 Redisson 分布式锁推荐手写 SETNX 过期时间容易出死锁、误删锁等问题。Redisson 是 Redis 官方推荐的 Java 客户端自带看门狗机制——自动续期防止业务执行时间超过锁过期时间导致锁被误释放。dependencygroupIdorg.redisson/groupIdartifactIdredisson-spring-boot-starter/artifactIdversion3.27.0/version/dependencyServicepublicclassOrderService{AutowiredprivateRedissonClientredissonClient;publicvoiddeductStock(LongproductId){StringlockKeylock:stock:productId;RLocklockredissonClient.getLock(lockKey);try{// 尝试加锁最多等待10秒锁30秒后自动释放if(lock.tryLock(10,30,TimeUnit.SECONDS)){// 查询库存intstockgetStockFromDB(productId);if(stock0)thrownewRuntimeException(库存不足);// 扣减库存updateStock(productId,stock-1);}}catch(InterruptedExceptione){Thread.currentThread().interrupt();}finally{// 判断锁是否仍被当前线程持有再释放防止误删if(lock.isHeldByCurrentThread()){lock.unlock();}}}}看门狗机制tryLock第三个参数是锁过期时间。如果不传使用单参数重载Redisson 默认设 30 秒然后每 10 秒自动续期一次。即便业务执行了 2 分钟锁也不会过期。六、完整示例缓存查询 分布式锁防击穿把缓存和分布式锁结合起来做一道防击穿缓存查询publicUsergetUserByIdWithCache(Longid){StringcacheKeyuser:id;// 1. 先查缓存Useruser(User)redisTemplate.opsForValue().get(cacheKey);if(user!null)returnuser;// 2. 缓存未命中加分布式锁StringlockKeylock:user:id;RLocklockredissonClient.getLock(lockKey);try{if(lock.tryLock(5,10,TimeUnit.SECONDS)){// 3. 双重检查user(User)redisTemplate.opsForValue().get(cacheKey);if(user!null)returnuser;// 4. 查数据库useruserMapper.selectById(id);if(user!null){redisTemplate.opsForValue().set(cacheKey,user,30,TimeUnit.MINUTES);}}}catch(InterruptedExceptione){Thread.currentThread().interrupt();}finally{if(lock.isHeldByCurrentThread())lock.unlock();}returnuser;}七、缓存使用最佳实践总结实践要点说明缓存什么读多写少的数据字典、配置、商品详情不缓存什么实时性要求高、频繁修改、超大对象过期时间热点数据 30min普通数据 5-10min随机偏移防雪崩Key 命名业务:标识:ID如user:info:123统一规范便于管理序列化生产环境用 JSON避免 JDK 序列化的性能和可读性问题监控关注命中率低于 90% 需要排查Redis 用好是银弹用不好是毒药。缓存更新的策略先删缓存还是先更数据库没有银弹根据业务场景选择。分布式锁务必考虑超时和死锁场景Redisson 的看门狗能救你半条命。