缓存与数据优化（Redis + 查询治理）

这一课你将能做到

1. 用 IMemoryCache + IDistributedCache（Redis）搭出二级缓存，缓存热门题目列表与详情
2. 亲手实现防缓存击穿的「单飞（singleflight）」模式，说清穿透/击穿/雪崩三者的修法
3. 对照 Spring Cache/@Cacheable 与 RedisTemplate，把缓存策略知识完整迁移

为什么要学

判题平台的流量分布极不均匀：一道热门题的题面、通过率、排行榜会被反复读，数据库每秒扛几千次相同的 SELECT 是纯浪费。缓存的本质是用「一致性延迟」换「读吞吐」，难点不在读缓存写缓存，而在失效策略——这是面试和生产的共同考点。

人话：内存缓存是「自己口袋里的便签」，进程重启就没、多实例各存一份；Redis 是「楼下的公告栏」，所有实例看同一份。读多的数据贴便签，跨实例要一致的数据上公告栏。

先建立图像

Cache-Aside 读写路径（Spring @Cacheable 底层同款）：

读：请求 → 查缓存 → 命中？ ──是──→ 返回
                    │否
                    ▼
              查数据库 → 写入缓存(带TTL) → 返回
写：更新数据库 → 删除缓存（不是更新缓存！）→ 下次读自然回填

跟着做

步骤 1：注册两级缓存

dotnet add package Microsoft.Extensions.Caching.StackExchangeRedis

builder.Services.AddMemoryCache();                          // L1：进程内
builder.Services.AddStackExchangeRedisCache(opt =>          // L2：Redis
{
    opt.Configuration = builder.Configuration.GetConnectionString("Redis");
    opt.InstanceName = "oj:";                               // 所有 key 自动加前缀
});

步骤 2：题目详情缓存（穿透防护：空值也缓存）

public class ProblemCacheService(OjDbContext db, IDistributedCache redis)
{
    public async Task<ProblemDto?> GetAsync(long id, CancellationToken ct)
    {
        var key = $"problem:{id}";
        var cached = await redis.GetStringAsync(key, ct);

        if (cached is not null)
            return cached == "\0null" ? null : JsonSerializer.Deserialize<ProblemDto>(cached);

        var dto = await db.Problems.AsNoTracking()
            .Where(p => p.Id == id)
            .Select(p => new ProblemDto(p.Id, p.Title, p.Difficulty.ToString()))
            .FirstOrDefaultAsync(ct);

        // 防穿透：查不到也缓存一个占位短 TTL，恶意请求打不穿库
        var payload = dto is null ? "\0null" : JsonSerializer.Serialize(dto);
        await redis.SetStringAsync(key, payload,
            new DistributedCacheEntryOptions
            {
                AbsoluteExpirationRelativeToNow = dto is null ? TimeSpan.FromSeconds(30)
                                                              : TimeSpan.FromMinutes(10),
            }, ct);
        return dto;
    }

    // 一致性：先更新库，再删缓存（Cache-Aside 标准写法）
    public async Task UpdateTitleAsync(long id, string title, CancellationToken ct)
    {
        await db.Problems.Where(p => p.Id == id).ExecuteUpdateAsync(
            s => s.SetProperty(p => p.Title, title), ct);
        await redis.RemoveAsync($"problem:{id}", ct);
    }
}