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缓存

数据交换的缓冲区，俗称的缓存是缓冲区内的数据，一般从数据库中获取，

例1:Static final ConcurrentHashMap<K,V> map = new ConcurrentHashMap<>(); 本地用于高并发例2:static final Cache<K,V> USER_CACHE = CacheBuilder.newBuilder().build(); 用于redis等缓存例3:Static final Map<K,V> map =  new HashMap(); 本地缓存

1. ConcurrentHashMap：
   线程安全的哈希表，支持高并发读写。适用于本地内存缓存，无需序列化，直接操作 Java 对象。但无法持久化或分布式共享。

2. CacheBuilder（Guava Cache）：
   功能更丰富的本地缓存，支持过期策略、最大容量、弱引用等。通常用于本地二级缓存，配合 Redis 等远程缓存使用，减少远程访问压力。

3. HashMap：
   非线程安全的哈希表，直接用于缓存会有并发问题（如数据不一致、死循环）。不推荐在高并发场景使用，除非通过外部同步（如Collections.synchronizedMap）。

使用缓存的目的

速度快，提高读写效率，降低响应时间
缓存数据存储在内存中，而内存读写性能远高于磁盘，缓存可以大大降低用户访问并发量带来的服务器读写压力（降低后端负载）

1. 数据一致性成本：
   若后端数据更新（如商品价格修改），缓存未及时同步，会出现 “缓存与源数据不一致” 的问题。需设计 缓存失效策略（如超时、主动更新），但这会增加代码复杂度和异常处理成本。
2. 代码维护成本：
   引入缓存后，代码需新增 “缓存读写、失效、回源（缓存未命中时查后端）” 等逻辑，还需处理缓存穿透、击穿、雪崩等异常场景，导致代码更复杂，维护难度提升。
3. 运维成本：
   缓存系统（如 Redis、Memcached）需独立部署、监控（内存、命中率、连接数）、扩容（集群化）、故障恢复，增加运维人力和资源投入。

如何使用缓存：
构建多级缓存，例如本地缓存和redis缓存并发使用

浏览器缓存：保存在浏览器端的缓存
应用层缓存:分为tomcat本地缓存，如使用map或redis
数据库缓存：数据库中有一个缓存池，增改查数据都会先加载到mysql缓存中
CPU缓存:CPU的L1、L2、L3级缓存

添加商户缓存

在查询商户信息时，先到缓存中查询
这里添加redis缓存
查询时先访问Redis，若没有命中再访问数据库，同时写缓存到Redis

String key = "cache:shop:" + id;  
String shopJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);  
if (StrUtil.isNotBlank(shopJson)) {  Shop shop = JSONUtil.toBean(shopJson, Shop.class);  return Result.ok(shop);  
}  
Shop shop = getById(id);  
if (shop == null) {  return Result.fail("店铺不存在哦");  
}  
stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, JSONUtil.toJsonStr(shop));  
return Result.ok(shop);

先从redis查询店铺数据
如果存在，将JSOn格式的字符串通过JSONUtil反序列化成Shop类对象的实例
如果不存在，去数据库中查找，将返回值写入redis,这里同样将Shop类对象的实例转化成String类型

缓存更新策略

若缓存中数据过多，redis会对部分数据进行更新或淘汰

内存淘汰

当内存达到设定的最大值时，自动淘汰一些不重要的数据

超时剔除

设置过期时间，redis会将超时的数据进行删除

主动更新

手动调用方法删除缓存，通常用于解决缓存和数据库不一致的问题

数据库缓存不一致解决方案

由于缓存数据来源于数据库，而数据库中的数据是会发生变化的，若数据库数据发生变化，而缓存未同步，就会出现一致性问题
后果是用户可能使用缓存中过时数据，从而产生类似多线程数据安全问题
有如下解决方案：
人工编码：内存调用者在更新完数据库后更新缓存
读写穿透模式：系统作为中间层，同时管理缓存与数据库的读写操作
写回缓存模式：应用层仅操作缓存，数据库更新由异步线程批量处理，调用者写入缓存后直接返回，由异步线程定期将缓存数据批量写入数据库

综合推荐使用方案一，
在操作数据库时，我们可以将缓存删除，待查询时再从缓存中加载数据
为保证数据库操作同时成功或失败：
采用单体系统的情况，则将缓存与数据库放在一个事务中
采用分布式系统，则利用TCC等分布式事务方案

具体操作缓存和数据库时，应该采用先操作数据库，后删除缓存的操作
若先删除缓存，再操作数据库：
当有两个线程并发查询的时候，假设线程1先查询，删除缓存后此时线程2发现没有缓存数据，从数据库中读取旧数据写入到缓存中，此时线程1再进行更新数据库的操作，那么缓存就是旧数据

@Override  
@Transactional  
public Result update(Shop shop) {  Long id = shop.getId();  if (id == null) {  return Result.fail("店铺id不能为空");  }  // 1.更新数据库  updateById(shop);  // 2.删除缓存  stringRedisTemplate.delete(CACHE_SHOP_KEY + id);  return Result.ok();  
}

具体到代码在执行更新操作是，先更新数据库，再删除缓存

缓存穿透问题的解决思路

缓存穿透：客户端请求的数据在缓存中和数据库总都不存在，都有缓存永远不会生效，这些请求都会打到数据库。
解决方案：

将空对象缓存：哪怕数据在数据库中不存在也存入redis中，这样就不会访问数据库
实现简单，但会造成额外的内存消耗

布隆过滤：通过一个庞大的二进制数据，走哈希的思想判断这个数据是否存在，若存在才会放行
内存占用少，但实现复杂并有误判可能

缓存雪崩及解决思路

缓存雪崩是指同一时间大量缓存key同时失效导致Redis服务宕机，导致大量请求到达数据库，从而造成巨大的压力
解决方案：
给不同Key的TTL添加随机值
使用Redis集群
给缓存业务进行降级限流
给业务添加多级缓存

缓存击穿及解决思路

也叫热点key,就是一个高并发且缓存重建业务比较复杂（重建时间长）的key突然失效，无数请求的访问会瞬间给数据库带来巨大的冲击
解决方案：

互斥锁

将并行查询改为串行，一次只能一个线程访问数据库，使用tryLock和double check解决问题

逻辑过期

不设置过期时间，将过期时间设置在redis的value中，当线程1查询缓存时，发现数据已经过期了，他会开启一个新的线程去进行重构数据的逻辑，而线程1直接返回过期数据，假设线程3过来访问，由于线程2持有锁，线程3无法获得锁，它也直接返回过期数据
特点是在完成缓存重建之前，所有线程返回的都是脏数据

对比：

互斥锁：简单，保证数据一致，可能存在死锁风险且性能低
逻辑过期：读取不需要等待，性能好，在重构之前都是脏数据，实现复杂

使用互斥锁解决缓存击穿问题

 public Shop queryWithMutex(Long id)  {String key = CACHE_SHOP_KEY + id;// 1、从redis中查询商铺缓存String shopJson = stringRedisTemplate.opsForValue().get("key");// 2、判断是否存在if (StrUtil.isNotBlank(shopJson)) {// 存在,直接返回return JSONUtil.toBean(shopJson, Shop.class);}//判断命中的值是否是空值if (shopJson != null) {//返回一个错误信息return null;}// 4.实现缓存重构//4.1 获取互斥锁String lockKey = "lock:shop:" + id;Shop shop = null;try {boolean isLock = tryLock(lockKey);// 4.2 判断否获取成功if(!isLock){//4.3 失败，则休眠重试Thread.sleep(50);return queryWithMutex(id);}//4.4 成功，根据id查询数据库shop = getById(id);// 5.不存在，返回错误if(shop == null){//将空值写入redisstringRedisTemplate.opsForValue().set(key,"",CACHE_NULL_TTL,TimeUnit.MINUTES);//返回错误信息return null;}//6.写入redisstringRedisTemplate.opsForValue().set(key,JSONUtil.toJsonStr(shop),CACHE_NULL_TTL,TimeUnit.MINUTES);}catch (Exception e){throw new RuntimeException(e);}finally {//7.释放互斥锁unlock(lockKey);}return shop;}

先进行获取锁，未获取到迭代继续获取，知道拿到后查询数据库，如果数据库没有，将空对象写入redis并返回null
如果有就写入redis，然后释放锁，最后返回数据库的结果

使用逻辑过期解决缓存击穿问题

在查询redis时，先判断是否命中，如果没有命中直接返回空数据，不查询数据库，一旦命中将value取出，判断value的过期时间，如果没过期直接返回数据，过期则开启独立线程后返回之前的数据，独立线程单独重构数据，重构完成后释放互斥锁

private static final ExecutorService CACHE_REBUILD_EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(10);
public Shop queryWithLogicalExpire( Long id ) {String key = CACHE_SHOP_KEY + id;// 1.从redis查询商铺缓存String json = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);// 2.判断是否存在if (StrUtil.isBlank(json)) {// 3.存在，直接返回return null;}// 4.命中，需要先把json反序列化为对象RedisData redisData = JSONUtil.toBean(json, RedisData.class);Shop shop = JSONUtil.toBean((JSONObject) redisData.getData(), Shop.class);LocalDateTime expireTime = redisData.getExpireTime();// 5.判断是否过期if(expireTime.isAfter(LocalDateTime.now())) {// 5.1.未过期，直接返回店铺信息return shop;}// 5.2.已过期，需要缓存重建// 6.缓存重建// 6.1.获取互斥锁String lockKey = LOCK_SHOP_KEY + id;boolean isLock = tryLock(lockKey);// 6.2.判断是否获取锁成功if (isLock){CACHE_REBUILD_EXECUTOR.submit( ()->{try{//重建缓存this.saveShop2Redis(id,20L);}catch (Exception e){throw new RuntimeException(e);}finally {unlock(lockKey);}});}// 6.4.返回过期的商铺信息return shop;
}

1. 线程池的运用：

   private static final ExecutorService CACHE_REBUILD_EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(10);
   

   这里创建了一个固定大小为 10 的线程池，目的是管控缓存重建任务。借助线程池，可以避免因大量创建线程而导致系统资源被过度占用。
2. 异步任务的提交：

   CACHE_REBUILD_EXECUTOR.submit( ()->{// 任务内容
   });
   

   当商铺缓存过期后，会向线程池提交一个重建缓存的任务，这样可以让主线程继续执行后续操作，不用等待缓存重建完成。
3. 缓存重建的流程：

   try{// 重建缓存this.saveShop2Redis(id, 20L);
   } catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);
   }
   

   • saveShop2Redis(id, 20L) 方法会从数据库获取最新的商铺数据，然后把这些数据存入 Redis，同时设置 20 秒的逻辑过期时间。
   • 对可能出现的异常进行捕获，将其封装成运行时异常后重新抛出。
4. 锁的释放操作：

   finally {unlock(lockKey);
   }
   

   不管缓存重建成功与否，最终都会执行 unlock(lockKey) 方法来释放锁，防止出现死锁的情况。

封装redis工具类

基于StringRedisTemplate封装一个缓存工具类
方法1:将任意Java对象序列化为Json并储存在string类型的key中，可设置TTL过期时间
方法2:将任意Java对象序列化为Json并储存在String类型的key中，可以设置逻辑过期时间，用于处理缓存击穿问题
方法3:根据指定的key查询缓存，并反序列化为指定类型，利用缓存空值的方式解决缓存穿透的问题
根据指定的key查询缓存，并反序列化为指定类型，需要利用逻辑过期解决缓存击穿问题

Shop shop = cacheClient.queryWithPassThrough( CACHE_SHOP_KEY, // 缓存键前缀 
id, // 商铺ID 
Shop.class, // 返回类型 
this::getById, // 数据库查询回调
CACHE_SHOP_TTL, // 缓存时间 
TimeUnit.MINUTES // 时间单位 );

public <R, ID> R queryWithPassThrough( String keyPrefix, ID id, Class<R> type, Function<ID, R> dbFallback, Long time, TimeUnit unit) { // ... R r = dbFallback.apply(id); // 调用传入的函数 // ... }

这里的 Function<ID, R> 是一个函数式接口，表示接受一个 ID 类型的参数，返回一个 R 类型的结果。
等价于id->getById(id),表示传入一个id参数，调用当前对象的getById方法处理它，并返回结果

总结

1. 缓存的核心作用是什么？
   缓存通过将高频访问数据存储在内存中，显著提升读写效率、降低响应时间，同时减少后端数据库的访问压力，缓解高并发场景下的服务器负载。

2. 常见的本地缓存实现有哪些？核心区别是什么？
   常见实现包括ConcurrentHashMap（线程安全，适用于高并发本地缓存，无持久化）、Guava Cache（功能丰富，支持过期策略、容量控制等，适合本地二级缓存）、HashMap（非线程安全，高并发下易出问题，不推荐直接使用）。核心区别在于线程安全性、功能丰富度及适用场景。

3. 如何解决缓存与数据库的数据一致性问题？
   推荐 “先更新数据库，后删除缓存” 的策略：更新操作时，先保证数据库数据正确，再删除对应缓存，避免旧数据残留。单体系统中可通过事务保证操作原子性，分布式系统需结合 TCC 等分布式事务方案。

4. 什么是缓存穿透？如何解决？
   缓存穿透指请求数据在缓存和数据库中均不存在，导致请求直接穿透缓存冲击数据库。解决方式包括：①缓存空对象（将不存在的数据以空值存入缓存，避免重复穿透）；②布隆过滤（通过哈希判断数据是否存在，提前拦截无效请求）。

5. 缓存击穿的解决方式有哪些？各有什么特点？
   缓存击穿指高并发下热点 Key 突然失效，大量请求瞬间冲击数据库。解决方式包括：①互斥锁（串行化请求，保证缓存重建时仅一个线程访问数据库，数据一致但性能略低）；②逻辑过期（不设置物理过期，通过 value 中的逻辑时间判断，过期时异步重建缓存，性能高但可能返回脏数据）。

6. 缓存雪崩的成因及预防措施是什么？
   缓存雪崩指大量缓存 Key 同时失效，导致 Redis 压力骤降、请求集中冲击数据库。预防措施包括：①给 Key 的 TTL 添加随机值，避免集中过期；②使用 Redis 集群提高可用性；③对缓存业务降级限流；④引入多级缓存减少单一层级依赖。