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缓存 vs 分布式锁：高并发场景下的并发控制之道

news 2025/7/5 23:38:26

在分布式系统中，缓存和分布式锁都是用于解决高并发场景下的并发控制和资源竞争问题，但它们的适用场景和机制不同，选择哪种方案取决于业务需求。以下是两者的区别：

✅ 一、分布式锁

⚙️ 工作原理

核心思想：确保同一时刻只有一个线程或服务实例能够获取到锁，从而实现串行化处理。
实现方式：
- Redis 分布式锁（如 Redisson）
- Zookeeper 分布式锁
- 数据库表（基于行级锁或唯一索引）

🏗️ 适用场景

需要严格保证资源的独占性（如资金扣减、库存扣减等）。
任务耗时较长，且不允许出现并发修改。
需要支持事务性，如事务内的数据一致性。

⚡ 优缺点

优点	缺点
串行化，严格保证资源独占性	串行化导致并发效率低，吞吐量受限
可配合超时机制避免死锁	需要额外的锁管理器（Redis、Zookeeper等）
易于处理复杂的业务逻辑	依赖外部服务，存在可用性和性能瓶颈

✅ 二、缓存（Caffeine / Redis 等）

⚙️ 工作原理

核心思想：将处理中的资源 ID 存储到缓存中，其他线程在发现缓存中已有该资源时，直接返回“正在处理中”，从而避免重复处理。
实现方式：
- 内存缓存（如 Caffeine）
- 分布式缓存（如 Redis）

🏗️ 适用场景

高并发读写场景，希望在某一短暂时间内避免重复处理。
任务耗时较短，允许一定程度的“最终一致性”。
业务允许一定的重试或幂等处理，例如重复扣库存、重复生成报告等。

⚡ 优缺点

优点	缺点
并发量大，吞吐量高，延时小	无法严格保证资源独占性
实现简单，依赖较少	缓存超时时可能会导致并发问题
适合读多写少或允许最终一致性场景	需要手动设计缓存失效、过期策略

🏷️ 三、应用场景对比

场景	适用方案	原因
库存扣减	分布式锁	需要严格保证库存准确性，防止超卖。
订单发货	缓存 (Caffeine/Redis)	发货状态可异步轮询或幂等，减少锁等待。
定时任务调度	分布式锁	只允许一个节点在某一时间执行任务。
支付状态查询	缓存	高频查询，短暂过期即可，避免高并发。
防止重复提交	缓存 (Token/ID)	提交频繁，数据可通过重试或最终一致性修复。
处理同一单据（短时）	缓存 (Caffeine/Redis)	处理时间短，使用缓存避免分布式锁开销。
长时间任务执行	分布式锁	任务耗时长，缓存容易过期或频繁刷新。

🏅 四、如何选择？

考量因素	分布式锁	缓存
业务一致性	需要严格一致性	最终一致性可接受
任务耗时	较长	较短
并发量	低并发，串行执行	高并发，批量处理
可用性	外部锁服务，存在单点风险	缓存本地或分布式，简单易用
实现复杂度	较高	较低
性能开销	较高，存在锁等待	较低，直接返回

🎯 五、推荐方案

优先使用缓存：
- 如果场景允许“最终一致性”，并且任务耗时短，使用缓存会更简单高效。
- 例如：防止订单重复处理、限制高频接口调用。
必须使用分布式锁：
- 涉及资金、库存等关键资源，必须保证唯一性，适合使用分布式锁。
- 例如：库存扣减、任务调度等。
混合使用：
- 在大部分情况下使用缓存进行并发控制，但在极端情况下（例如缓存失效或长任务）使用分布式锁作为兜底策略。

🏁 六、Caffeine 示例（5秒缓存）

import com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache;
import com.github.benmanes.caffeine.cache.Caffeine;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CacheService {

    private final Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()
            .expireAfterWrite(5, TimeUnit.SECONDS)
            .maximumSize(1000)
            .build();

    public boolean tryLock(String key) {
        // 如果返回 null，表示没人持有锁，获取锁
        return cache.asMap().putIfAbsent(key, "LOCKED") == null;
    }

    public void releaseLock(String key) {
        cache.invalidate(key);
    }
    
    public void processOrder(String orderId) {
        if (tryLock(orderId)) {
            try {
                // 模拟业务处理
                System.out.println("Processing order: " + orderId);
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            } finally {
                releaseLock(orderId);
            }
        } else {
            System.out.println("Order " + orderId + " is already being processed.");
        }
    }
}