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开发人员使用”缓存+过期时间“的策略既可以加速数据读写，又保证数据的定时更新，这种模式基本满足绝大部分需求。但是有两个问题如果同时出现，可能就会对应用造成致命的危害：
- 当前key是一个热点key（例如一个热门的娱乐新闻），并发量非常大。
- 重建缓存不能在短时间完成，可能是一个复杂计算，例如复杂的SQL、多次IO、多个依赖等。
在缓存失效的瞬间，有大量线程来重建缓存（如下图所示），造成后端负载加大，甚至可能会让应用奔溃。
要解决这个问题也不是很复杂，但是不能为了解决这个问题给系统带来更多的麻烦，所以需要制定如下目标：
- 减少重建缓存的次数。
- 数据尽可能一致。
- 较少的潜在危险。
互斥锁（mutex key）
此方法只允许一个线程重建缓存，其他线程等待重建缓存的线程执行完，重新从缓存获取数据即可，整个过程如下图所示。
下面代码使用Redis的setnx命令实现上述功能：
String get(String key) {
// 从Redis中获取数据
String value = redis.get(key);
// 如果value为空，则开始重构缓存
if(value == null) {
// 只允许一个线程重构缓存，使用nx，并设置过期时间ex
String mutexKey = "mutext:key:" + key;
if(redis.set(mutexKey, "1", "ex 180", "nx")) {
// 从数据源获取数据
value = db.get(key);
// 回写Redis,并设置过期时间
redis.setex(key, timeout, value);
// 删除key_mutex
redis.delete(mutex_key);
}
// 其他线程休息50毫秒后重试
else {
Thread.sleep(50);
get(key);
}
}
return value;
}
- 从Redis获取数据，如果值不为空，则直接返回值；否则执行下面2和3步骤。
- 如果set(nx和ex)结果为true，说明此时没有其他线程重建缓存，那么当前线程执行缓存构建逻辑。
- 如果set(nx和ex)结果为false，说明此时已经有其他线程正在执行构建缓存的工作，那么当前线程将休息指定时间（例如这里是50毫秒，取决于构建缓存的速度）后，重新执行函数，直到获取到数据。
永远不过期
“永远不过期”包含两层意思：
- 从缓存层面来看，确实没有设置过期时间，所以不会出现热点key过期后产生的问题，也就是“物理”不过期。
- 从功能层面来看，为每个value设置一个逻辑过期时间，当发现超过逻辑过期时间后，会使用单独的线程去构建缓存
整个过程如下图所示。
从实战看，此方法有效地杜绝了热点key产生的问题，但唯一不足的就是重构缓存期间，会出现数据不一致的情况，这取决于应用方是否容忍这种不一致。下面代码使用Redis进行模拟：
String get(final String key) {
V v = redis.get(key);
String value = v.getValue();
// 逻辑过期时间
long logicTimeout = v.getLogicTimeout();
// 如果逻辑过期时间小于当前时间，开始后台构建
if(v.logicTimeout <= System.currentTimeMillis()) {
String mutexKey = "mutex:key:" + key;
if(redis.set(mutexKey, "1", "ex 180", "nx")) {
// 重构缓存
threadPool.execute(new Runnable(){
public void run() {
String dbValue = db.get(key);
redis.set(key, dbvalue, newLogicTimeout);
redis.delete(mutexKey);
}
});
}
}
return value;
}
作为一个并发量较大的应用，在使用缓存时有三个目标：
- 加快用户访问速度，提高用户体验。
- 降低后端负载，减少潜在的风险，保证系统平稳。
- 保证数据“尽可能”及时更新。
下面将按照这三个维度对上述两种解决方案进行分析。
- 互斥锁（mutex key）：这种方案思路比较简单，但是存在一定的隐患，如果构建过程出现问题或者时间较长，可能会存在死锁和线程池阻塞的风险，但是这种方法能够较好的降低后端存储负载，并在一致性上做的比较好。
- “永远不过期”：这种方案由于没有设置真正的过期时间，实际上已经不存在热点key产生的一系列危害，但是会存在数据不一致的情况，同时代码复杂度会增大。
两种解决方法对比如下表所示。
| 解决方案 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 简单分布式锁 | 思路简单 保证一致性 | 代码复杂度增大 存在死锁的风险 存在线程池阻塞的风险 |
| 永远不过期 | 基本杜绝热点key问题 | 不保证一致性 逻辑过期时间增加代码维护成本和内存成本 |