第 4 篇：Redis 緩存與分布式鎖實現

一、Redis 在系統中的核心作用

1. 票證信息緩存：將高頻訪問的票證數據（如狀態、有效期）緩存至 Redis，減少數據庫查詢，提升驗證響應速度。

2. 分布式鎖：在高并發場景下，防止同一張票被同時驗證，確保 “一票一次” 機制的可靠性。

3. 閘機狀態緩存：實時存儲閘機開關狀態，便于前端監控與管理。

二、Redis 集成步驟

1. 安裝 StackExchange.Redis：

dotnet add package StackExchange.Redis

1. 注冊 Redis 服務：在 Program.cs 中配置連接：

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

1. 封裝 Redis 操作工具類：

public class RedisHelper{private readonly IDatabase _db;public RedisHelper(IConnectionMultiplexer redis){_db = redis.GetDatabase();}// 設置緩存（帶過期時間）public async Task SetAsync(string key, string value, TimeSpan? expiry = null){await _db.StringSetAsync(key, value, expiry);}// 獲取緩存public async Task<string> GetAsync(string key){return await _db.StringGetAsync(key);}}

三、分布式鎖實現

分布式鎖核心特性

• 互斥性：同一時間只有一個節點能獲取鎖。
• 安全性：避免死鎖（鎖必須有過期時間），不能誤刪他人的鎖。
• 可用性：Redis 故障時仍能基本可用（如主從切換）。
• 重入性：同一線程可重復獲取鎖（可選，視場景而定）。

public class RedisDistributedLock{private readonly IDatabase _db;private readonly string _lockPrefix = "lock:";public RedisDistributedLock(IConnectionMultiplexer redis){_db = redis.GetDatabase();}// 獲取鎖（返回鎖標識，用于釋放）public async Task<string> AcquireLockAsync(string resource, TimeSpan expiry){var lockKey = _lockPrefix + resource;var lockValue = Guid.NewGuid().ToString(); // 唯一標識，防止誤釋放// SET NX（不存在則設置）+ PX（過期時間）var acquired = await _db.StringSetAsync(lockKey, lockValue, expiry, When.NotExists);return acquired ? lockValue : null;}// 釋放鎖（Lua腳本保證原子性）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 });}}

c

• 緩存更新：票證狀態變更（如使用后）時，同步更新 Redis 緩存。

• 過期時間：票證緩存設置與票證有效期關聯，避免緩存冗余。

• 緩存穿透防護：對不存在的票證，緩存空值（短期過期），減少無效數據庫查詢。

五、緩存常見問題

問題	描述	解決方案
緩存穿透	查詢不存在的數據，穿透到DB	1. 緩存空值（短期過期）；2. 布隆過濾器預過濾不存在的key
緩存擊穿	熱點key過期瞬間大量請求DB	1. 互斥鎖（查詢時加鎖，只讓一個線程更新緩存）；2. 熱點key永不過期
緩存雪崩	大量key同時過期，請求壓垮DB	1. 過期時間加隨機值（分散過期）；2. 服務熔斷/降級；3. 緩存集群高可用

六、注意事項

1. Redis 部署方式：

   • 單機部署：鎖性能高，但存在單點故障風險。
   • 主從+哨兵：提高可用性，但主從切換時可能出現“鎖丟失”（可通過 Redisson 的 RedLock 算法緩解，但性能有損耗）。

2. 鎖超時處理：

   • 鎖過期時間需大于業務執行時間，避免業務未完成鎖已釋放。
   • 可使用“鎖續期”機制（如 Redisson 的 Watch Dog），自動延長鎖有效期。

3. 緩存與鎖的結合：

   • 緩存更新時需加鎖避免并發問題（如緩存擊穿場景）。
   • 分布式鎖的粒度應盡量小，避免影響性能。

總結

• Redis 緩存：通過合理的緩存策略（如 Cache-Aside）和問題解決方案，可顯著提升系統性能。
• 分布式鎖：基于 Redis 的 SET NX PX 命令可實現基礎鎖，生產環境推薦使用 Redisson 簡化開發并避免潛在問題。

兩者結合可有效解決分布式系統中的性能與并發安全問題。