Redis：原理+项目实战——Redis实战3（Redis缓存最佳实践（问题解析+高级实现））

👨?🎓作者简介：一位大四、研0学生，正在努力准备大四暑假的实习
🌌上期文章：Redis：原理+项目实战——Redis实战2（Redis实现短信登录（原理剖析+代码优化））
📚订阅专栏：Redis速成
希望文章对你们有所帮助

什么是缓存

缓存：数据交换的缓冲区（Cache），是存储数据的临时地方，读写性能高。
缓存的原理学过计算机组成原理、微机、计算机系统等课程的人都会很熟悉。
我们的浏览器有浏览器缓存，在浏览器未命中数据，就会在tomcat的应用层缓层中取数据，再没有命中的话就去数据库进行查询检索。
缓存的作用：
1、降低后端负载
2、提高读写效率，降低响应时间
缓存的成本：
1、数据的一致性成本
2、代码维护成本（解决一致性问题的时候带来的代码复杂）
3、运维的成本

给商铺查询功能添加Redis缓存

基础业务逻辑

这里的网址就是根据ID查询商户信息的接口，可以看到信息还是很多的：

所以我们要做的事情就是给这个接口添加缓存，从而提高查询的性能。
我们找到查询商户的业务逻辑代码：


这里直接调用了mybatis-plus提供的接口，直接就能实现数据库的根据id查询的操作，我们就在这里进行Redis缓存的添加。

缓存作用模型与缓存流程

学过计算机系统结构，下面的内容还是很容易看懂的，最简单的缓存作用模型如图所示（当然这个模型实际上是有问题的，学过计算机系统结构的会明白，后续开发会优化这个模型）：

知道原理，我们也很容易知道流程该如何进行：

按照这个流程去实现代码，流程比较多我们就不在controller中去写了，直接让controller层中的方法去调用service层中的方法：

然后在service中实现相应的业务：

@Service
public class ShopServiceImpl extends ServiceImpl<ShopMapper, Shop> implements IShopService {

    @Resource
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @Override
    public Result queryById(Long id) {
        String key = CACHE_SHOP_KEY + id;
        //从Redis中查询商铺缓存，存储对象可以用String或者Hash，这里用String
        String shopJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);
        //判断是否存在
        if (StrUtil.isNotBlank(shopJson)) {
            //存在，直接返回
            Shop shop = JSONUtil.toBean(shopJson, Shop.class);
            return Result.ok(shop);
        }
        //不存在，根据id查询数据库
        Shop shop = getById(id);
        //不存在，返回错误
        if (shop == null){
            return Result.fail("店铺不存在");
        }
        //存在，写入Redis
        stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(shop));
        //返回
        return Result.ok(shop);
    }
}

刷新页面，用了700多ms访问到该页面：

查询Redis数据库，发现成功存储：

再次刷新页面，可以发现拥有缓存后速度快了很多：

至此，我们已经成功给商户查询增添了Redis缓存。

给商品类型添加缓存

商品类型也就是Shop-List，在很多地方都会用到，比如首页：

这里的controller层代码逻辑：

这个代码也是直接使用的mybatis-plus的查询功能，同时对“sort”这个优先级进行排序。

在这里添加Redis缓存，可以使用String也可以使用Hash，因为最终的返回值类型是List的，当然也可以使用List的数据结构。
这里最推荐使用的应该就是Hash了，因为List里面的内容都是对象，Hash是天然适配的。

但在这里我打算使用List来实现，用List实现的话，由于存储到Redis里面的List面向的是String类型的对象，所以我们从Redis取出后、在存入Redis的时候，都需要进行类型的转换。
这里的转换我用了比较高级一点的方式，先把List转换成Stream的形式，然后在map方法中进行转换。

controller层：

	@GetMapping("list")
    public Result queryTypeList() {
        //List<ShopType> typeList = typeService
        //        .query().orderByAsc("sort").list();
        //return Result.ok(typeList);
        if (typeService.queryTypeList() == null){
            return Result.fail("查询出错");
        }
        return Result.ok(typeService.queryTypeList());
    }

service层：

@Service
public class ShopTypeServiceImpl extends ServiceImpl<ShopTypeMapper, ShopType> implements IShopTypeService {

    @Resource
    StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @Override
    public List<ShopType> queryTypeList() {

        //查询Redis是否有缓存
        Long size = stringRedisTemplate.opsForList().size(CACHE_SHOP_TYPE_KEY);

        //存储到Redis的——存储商品类型的List
        List<String> typeList_String;
        //返还给前端的——存储商品类型的List
        List<ShopType> typeList;

        //Redis里有数据，就转换成对象类型后直接返回数据
        if (size != 0){
        	//CACHE_SHOP_TYPE_KEY="cache:shopType"
            typeList_String = stringRedisTemplate.opsForList().range(CACHE_SHOP_TYPE_KEY, 0, size);
            //将每个String都转换回ShopType类
            typeList = typeList_String.stream().map(s->{
                ShopType shopType = JSONUtil.toBean(s, ShopType.class);
                return shopType;
            }).collect(Collectors.toList());
            return typeList;
        }
        //Redis里面没有数据，就查询数据库
        typeList = this.query().orderByAsc("sort").list();

        if (typeList == null || typeList.isEmpty()){
            //数据库中不存在，返回null
            return null;
        }
        //数据库里面有，就存入Redis缓存，并返回这个List
        typeList_String = typeList.stream().map(shopType -> {
            return JSONUtil.toJsonStr(shopType);
        }).collect(Collectors.toList());
        //存入Redis，注意插入的方式
        stringRedisTemplate.opsForList().rightPushAll(CACHE_SHOP_TYPE_KEY, typeList_String);
        //返回
        return typeList;
    }
}

刷新页面，响应时间接近600ms：

查看Redis，已经成功存储，且是按照sort来排序的：

再次刷新，响应只花了20多ms：

缓存更新策略

学过计算机系统结构的同学应该知道，上面的作用模型可能会造成数据一致性问题，当我们对数据库进行修改的时候，缓存并没有同步进行修改，然后我们的页面在缓存中获取数据的时候，其实并不是最新的数据。这肯定是不允许的。
下面是缓存更新策略：

	内存淘汰	超时剔除	主动更新
说明	不用自己维护，利用Redis的内存淘汰机制，内存不足时自动淘汰部分数据，下次查询时更新缓存	给缓存数据添加TTL时间，到期后自动删除缓存。下次查询即可实现缓存的更新	自己编写业务逻辑，在修改数据库的同时，更新缓存
一致性	差	一般	好
维护成本	无	低	高

上述的策略选择要根据具体的业务场景：
1、低一致性需求：使用内存淘汰机制。例如店铺类型的查询缓存。
2、高一致性需求：主动更新，以超时剔除作兜底方案。例如店铺详情查询的缓存。

主动更新策略

1、Cache Aside Pattern（最常用）
由缓存的调用者在更新数据库同时更新缓存
2、Read/Write Through Pattern
缓存与数据库整合为一个服务，由服务来维护一致性。调用者调用该服务无需关注一致性问题。但这种服务的成本肯定是很高的。
3、Write Behind Caching Pattern
调用者只操作缓存，由其它线程异步的将缓存数据持久化到数据库，保证最终一致。
比如我们一直对缓存进行更新，更新10次以后轮到这个线程工作，就维护一下数据库的数据为更新10次后的数据，中途的其他9次更新操作根本不重要，这样的性能显然是很高的。
这种方式当然也有很大问题，比如长期的数据不一致、缓存宕机造成的严重后果等。

之后的更新策略我们将会用第一种方式，操作缓存和数据库时有三个问题考虑：

更新缓存 or 删除缓存

更新缓存：每次更新数据库都更新缓存，中途无效写操作太多了
删除缓存：更新数据库时让缓存失效，查询时更新缓存

因此，我们会选择删除缓存

保证缓存与数据库操作同时成功或失败

单体系统：将缓存和数据库操作放到一个事务
分布式系统：利用TCC等分布式事务方案
总之我们要确保数据库与缓存操作的原子性

线程安全问题（重要问题）

我们到底要先删除缓存再操作数据库，还是先操作数据库再删除缓存呢？其实这两种方案都是会遇到问题的，我们可以先分析一下。
1、先删除缓存再操作数据库：
（1）正常情况

（2）异常情况
线程1工作的时候，线程2可能也要进行操作，就可能会造成数据不一致：

2、先操作数据库再删除缓存
（1）正常情况

（2）异常情况
查询缓存未命中，在查询数据库的过程中，数据库更新了，这时候也会造成数据不一致：

显然，第二种的异常条件是在查询数据库的过程中发生的不一致，相对是更难发生的，因此我们会选择先操作数据库，再删除缓存。

最佳实践方案

1、低一致性：使用Redis自带的内存淘汰机制
2、高一致性：主动更新，并以超时剔除作为兜底方案
（1）读操作：
①缓存命中直接返回
②缓存未命中则查询数据库，并写入缓存，设定超时时间（这是一个兜底，万一不一致，超时就剔除）
（2）写操作：
①先写数据库，再删除缓存
②确保数据库与缓存操作的原子性

实现商铺缓存与数据库的双写一致性

通过上面的讨论，现在我们要给查询商铺的缓存添加主动更新和超时剔除策略。
修改ShopController的业务逻辑满足：
（1）根据id查询店铺，没命中就查数据库，然后写入缓存，并设置超时时间
（2）根据id修改店铺，先操作数据库，再删除缓存

controller层：

	@PutMapping
    public Result updateShop(@RequestBody Shop shop) {
        // 写入数据库
        //shopService.updateById(shop);
        return shopService.update(shop);
    }

service层：
1、在queryById函数的写入Redis环节加上时间限定：

2、根据id更新商铺逻辑：

	@Override
    @Transactional  //如果操作中有异常，我们用该注解实现事务回滚
    public Result update(Shop shop) {
        //我们要首先对id进行判断
        Long id = shop.getId();
        if (id == null) {
            return Result.fail("店铺id不能为空");
        }
        //更新数据库
        updateById(shop);
        //删除缓存 这里用了单事务，将删除缓存与更新数据库放在了一个事务里面
        stringRedisTemplate.delete(CACHE_SHOP_KEY + id);
        return Result.ok();
    }

我们现在可以进行验证，首先进行查询的验证，当我们打开商铺页面以后，后端会进行数据库查询操作，接着我们打开Redis可以发现：

说明查询完毕了之后又写到了Redis，并且可以看到时限。

双写一致性的验证

对于修改店铺的验证，这种修改并不是使用前端的用户能进行的，因此我们需要Postman工具。
网页目前是103餐厅：

2、我们在postman中修改餐厅的名称，并点击send：

3、查询数据库是否成功修改：

4、刷新一下Redis，可以发现已经没有了，说明成功进行了缓存删除：

5、这时候去刷新浏览器，可以发现查询无误，说明确实是在缓存查询不到之后查询了数据库：

6、再次打开Redis，可以看见，查询完数据库以后，数据写回了Redis：

自此，流程完全调通！

上述是一些比较基础的内容和最佳实践，但是企业在使用Redis的时候，还会遇到其它难点和热点如缓存穿透、缓存雪崩、缓存击穿，在后续会慢慢解决这些问题。