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闸机控制系统从设计到实现全解析:第 4 篇：Redis 缓存与分布式锁实现

news 2025/8/6 12:48:42

第 4 篇：Redis 缓存与分布式锁实现

一、Redis 在系统中的核心作用

在这里插入图片描述

票证信息缓存：将高频访问的票证数据（如状态、有效期）缓存至 Redis，减少数据库查询，提升验证响应速度。
分布式锁：在高并发场景下，防止同一张票被同时验证，确保 “一票一次” 机制的可靠性。
闸机状态缓存：实时存储闸机开关状态，便于前端监控与管理。

二、Redis 集成步骤

安装 StackExchange.Redis：

dotnet add package StackExchange.Redis

注册 Redis 服务：在 Program.cs 中配置连接：

builder.Services.AddSingleton\<IConnectionMultiplexer>(ConnectionMultiplexer.Connect(builder.Configuration.GetConnectionString("Redis")));

封装 Redis 操作工具类：

public class RedisHelper{private readonly IDatabase _db;public RedisHelper(IConnectionMultiplexer redis){_db = redis.GetDatabase();}// 设置缓存（带过期时间）public async Task SetAsync(string key, string value, TimeSpan? expiry = null){await _db.StringSetAsync(key, value, expiry);}// 获取缓存public async Task<string> GetAsync(string key){return await _db.StringGetAsync(key);}}

三、分布式锁实现

分布式锁核心特性

互斥性：同一时间只有一个节点能获取锁。
安全性：避免死锁（锁必须有过期时间），不能误删他人的锁。
可用性：Redis 故障时仍能基本可用（如主从切换）。
重入性：同一线程可重复获取锁（可选，视场景而定）。

public class RedisDistributedLock{private readonly IDatabase _db;private readonly string _lockPrefix = "lock:";public RedisDistributedLock(IConnectionMultiplexer redis){_db = redis.GetDatabase();}// 获取锁（返回锁标识，用于释放）public async Task<string> AcquireLockAsync(string resource, TimeSpan expiry){var lockKey = _lockPrefix + resource;var lockValue = Guid.NewGuid().ToString(); // 唯一标识，防止误释放// SET NX（不存在则设置）+ PX（过期时间）var acquired = await _db.StringSetAsync(lockKey, lockValue, expiry, When.NotExists);return acquired ? lockValue : null;}// 释放锁（Lua脚本保证原子性）public async Task ReleaseLockAsync(string resource, string lockValue){var lockKey = _lockPrefix + resource;var script = @"if redis.call('get', KEYS\[1]) == ARGV\[1] thenreturn redis.call('del', KEYS\[1])elsereturn 0end";await _db.ScriptEvaluateAsync(script, new RedisKey\[] { lockKey },new RedisValue[] { lockValue });}}

缓存更新：票证状态变更（如使用后）时，同步更新 Redis 缓存。
过期时间：票证缓存设置与票证有效期关联，避免缓存冗余。
缓存穿透防护：对不存在的票证，缓存空值（短期过期），减少无效数据库查询。

五、缓存常见问题

问题	描述	解决方案
缓存穿透	查询不存在的数据，穿透到DB	1. 缓存空值（短期过期）；2. 布隆过滤器预过滤不存在的key
缓存击穿	热点key过期瞬间大量请求DB	1. 互斥锁（查询时加锁，只让一个线程更新缓存）；2. 热点key永不过期
缓存雪崩	大量key同时过期，请求压垮DB	1. 过期时间加随机值（分散过期）；2. 服务熔断/降级；3. 缓存集群高可用

六、注意事项

Redis 部署方式：
- 单机部署：锁性能高，但存在单点故障风险。
- 主从+哨兵：提高可用性，但主从切换时可能出现“锁丢失”（可通过 Redisson 的 RedLock 算法缓解，但性能有损耗）。
锁超时处理：
- 锁过期时间需大于业务执行时间，避免业务未完成锁已释放。
- 可使用“锁续期”机制（如 Redisson 的 Watch Dog），自动延长锁有效期。
缓存与锁的结合：
- 缓存更新时需加锁避免并发问题（如缓存击穿场景）。
- 分布式锁的粒度应尽量小，避免影响性能。