多级缓存降低高并发压力（多级缓存的工作方式）

2023-03-23 11:59:15 分类：java 阅读()

　　本篇文章为你整理了多级缓存降低高并发压力（多级缓存的工作方式）的详细内容，包含有多级缓存的好处 多级缓存的工作方式 多级缓冲区 多级缓存架构 多级缓存降低高并发压力，希望能帮助你了解 多级缓存降低高并发压力。

　　 多级缓存就是充分利用请求处理的每个环节,分别添加缓存,减轻Tomcat压力,提升服务性能: 浏览器访问静态资源时,优先读取浏览器本地缓存。在多级缓存架构中,Nginx内部需要编写本地缓存查询、Redis查询、Tomcat查询的业务逻辑,因此这样的nginx服务不再是一个反向代理服务器,而是一个编写业务的Web服务器了。

　　
1. 传统缓存

　　传统的缓存策略一般是请求到达Tomcat后，先查询Redis，如果未命中则查询数据库，如图：

　　存在下面的问题：

　　•由于redis的承受能力大于tomcat，所以请求要经过Tomcat处理，Tomcat的性能成为整个系统的瓶颈

　　•Redis缓存失效时，会对数据库产生冲击

　　2.多级缓存理论

　　多级缓存就是充分利用请求处理的每个环节，分别添加缓存，减轻Tomcat压力，提升服务性能：

　　浏览器访问静态资源时，优先读取浏览器本地缓存

　　访问非静态资源（ajax查询数据）时，访问服务端

　　请求到达Nginx后，优先读取Nginx本地缓存

　　如果Nginx本地缓存未命中，则去直接查询Redis（不经过Tomcat）

　　如果Redis查询未命中，则查询Tomcat

　　请求进入Tomcat后，优先查询JVM进程缓存

　　如果JVM进程缓存未命中，则查询数据库

　　在多级缓存架构中，Nginx内部需要编写本地缓存查询、Redis查询、Tomcat查询的业务逻辑，因此这样的nginx服务不再是一个反向代理服务器，而是一个编写业务的Web服务器了。

　　因此这样的业务Nginx服务也需要搭建集群来提高并发，再有专门的nginx服务来做反向代理，我们的Tomcat服务将来也会部署为集群模式：
 

　　可见，多级缓存的关键有两个：

　　
1.1 介绍

　　缓存在日常开发中启动至关重要的作用，由于是存储在内存中，数据的读取速度是非常快的，能大量减少对数据库的访问，减少数据库的压力。我们把缓存分为两类：

　　分布式缓存，例如Redis：

　　优点：存储容量更大、可靠性更好、可以在集群间共享

　　缺点：访问缓存有网络开销

　　场景：缓存数据量较大、可靠性要求较高、需要在集群间共享

　　
Caffeine是一个基于Java8开发的，提供了近乎最佳命中率的高性能的本地缓存库。目前Spring内部的缓存使用的就是Caffeine。GitHub地址：https://github.com/ben-manes/caffeine

　　Caffeine的性能非常好，下图是官方给出的性能对比：可以看到Caffeine的性能遥遥领先！

　　Caffeine缓存使用的基本API：put、get

　　

@Test

 

　　void testBasicOps() {

　　 // 构建cache对象

　　 Cache String, String cache = Caffeine.newBuilder().build();

　　 // 存数据

　　 cache.put("detective", "柯南");

　　 // 取数据

　　 String detective = cache.getIfPresent("detective");

　　 System.out.println("detective = " + detective);

　　 // 取数据，包含两个参数：

　　 // 参数一：缓存的key

　　 // 参数二：Lambda表达式，表达式参数就是缓存的key，方法体是查询数据库的逻辑

　　 // 优先根据key查询JVM缓存，如果未命中，则执行参数二的Lambda表达式

　　 String defaultGF = cache.get("defaultGF", key - {

　　 // 根据key去数据库查询数据

　　 return "工藤新一";

　　 System.out.println("defaultGF = " + defaultGF);

　　

 

　　1.2 Caffeine缓存清除策略

　　注意：在默认情况下，当一个缓存元素过期的时候，Caffeine不会自动立即将其清理和驱逐。而是在一次读或写操作后，或者在空闲时间完成对失效数据的驱逐。

　　Caffeine提供了三种缓存驱逐策略：

　　
Cache String, String cache = Caffeine.newBuilder()

　　 .maximumSize(1) // 设置缓存大小上限为 1

　　 .build();

　　

 

 

　　
Cache String, String cache = Caffeine.newBuilder()

　　 // 设置缓存有效期为 10 秒，从最后一次写入开始计时

　　 .expireAfterWrite(Duration.ofSeconds(10))

　　 .build();

　　

 

 

　　
基于引用：设置缓存为软引用或弱引用，利用GC来回收缓存数据。性能较差，不建议使用。

　　
给根据id查询商品的业务添加缓存，缓存未命中时查询数据库

　　给根据id查询商品库存的业务添加缓存，缓存未命中时查询数据库

　　缓存初始大小为100

　　缓存上限为10000

　　实现

　　首先，我们需要定义两个Caffeine的缓存对象，分别保存商品、库存的缓存数据。

　　在item-service的com.heima.item.config包下定义CaffeineConfig类：

　　
import com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache;

　　import com.github.benmanes.caffeine.cache.Caffeine;

　　import com.heima.item.pojo.Item;

　　import com.heima.item.pojo.ItemStock;

　　import org.springframework.context.annotation.Bean;

　　import org.springframework.context.annotation.Configuration;

　　@Configuration

　　public class CaffeineConfig {

　　 @Bean

　　 public Cache Long, Item itemCache(){

　　 return Caffeine.newBuilder()

　　 .initialCapacity(100)

　　 .maximumSize(10_000)

　　 .build();

　　 @Bean

　　 public Cache Long, ItemStock stockCache(){

　　 return Caffeine.newBuilder()

　　 .initialCapacity(100)

　　 .maximumSize(10_000)

　　 .build();

　　

 

 

　　然后，修改item-service中的com.heima.item.web包下的ItemController类，添加缓存逻辑：

　　
使用前面注入的bean对象

　　从缓存中get得到缓存数据，若缓存中没有就从数据库中得到数据并缓存到JVM中

　　返回get得到的缓存数据

　　
public Item findById(@PathVariable("id") Long id) {

　　 //该方法是获取，如果jvm缓存中没有就从数据库中得到数据并缓存到JVM中

　　 return itemCache.get(id, key - itemService.query()

　　 .ne("status", 3).eq("id", key)

　　 .one()

　　 @GetMapping("/stock/{id}")

　　 public ItemStock findStockById(@PathVariable("id") Long id) {

　　 return stockCache.get(id, key - stockService.getById(key));

　　

 

 

　　CentOS7默认已经安装了Lua语言环境，所以可以直接运行Lua代码。

　　Nginx编程需要用到Lua语言，因此我们必须先入门Lua的基本语法。

　　1. 介绍

　　Lua 是一种轻量小巧的脚本语言，用标准C语言编写并以源代码形式开放， 其设计目的是为了嵌入应用程序中，从而为应用程序提供灵活的扩展和定制功能。官网：https://www.lua.org/

　　Lua经常嵌入到C语言开发的程序中，例如游戏开发、游戏插件等。

　　Nginx本身也是C语言开发，因此也允许基于Lua做拓展。

　　2. 语法

　　2.1 基本使用

　　CentOS7默认已经安装了Lua语言环境，所以可以直接运行Lua代码。

　　1）在Linux虚拟机的任意目录下，新建一个hello.lua文件

　　2）添加下面的内容

　　

print("Hello World!")

 

　　

 

　　3）运行

　　2.2 Lua数据类型

　　Lua中支持的常见数据类型包括：

　　另外，Lua提供了type()函数来判断一个变量的数据类型：

　　2.3 声明变量

　　Lua声明变量的时候无需指定数据类型，而是用local来声明变量为局部变量：

　　

-- 声明字符串，可以用单引号或双引号，

 

　　local str = hello

　　-- 字符串拼接可以使用 ..

　　local str2 = hello .. world

　　-- 声明数字

　　local num = 21

　　-- 声明布尔类型

　　local flag = true

　　

 

　　Lua中的table类型既可以作为数组，又可以作为Java中的map来使用。数组就是特殊的table，key是数组角标而已：

　　

-- 声明数组 ，key为角标的 table

 

　　local arr = {java, python, lua}

　　-- 声明table，类似java的map

　　local map = {name=Jack, age=21}

　　

 

　　Lua中的数组角标是从1开始，访问的时候与Java中类似：

　　

-- 访问数组，lua数组的角标从1开始

 

　　print(arr[1])

　　

 

　　Lua中的table可以用key来访问：

　　

-- 访问table

 

　　print(map[name])

　　print(map.name)

　　

 

　　2.4 循环

　　类似于java的MAP，只是代表数组的时候键是数组下标，值是数组值

　　对于table，我们可以利用for循环来遍历。不过数组和普通table遍历略有差异。

　　遍历数组：

　　

-- 声明数组 key为索引的 table

 

　　local arr = {java, python, lua}

　　-- 遍历数组：index是数组下标，value是当前循环的值。在方法体里可调用

　　for index,value in ipairs(arr) do

　　 print(index, value)

　　

 

　　遍历普通table

　　

-- 声明map，也就是table

 

　　local map = {name=Jack, age=21}

　　-- 遍历table：key是map的key，value是map的value。在方法体里可调用

　　for key,value in pairs(map) do

　　 print(key, value)

　　

 

　　2.5 函数

　　定义函数的语法：

　　

function 函数名( argument1, argument2..., argumentn)

 

　　 -- 函数体

　　 return 返回值

　　

 

　　例如，定义一个函数，用来打印数组：

　　

function printArr(arr)

 

　　 for index, value in ipairs(arr) do

　　 print(value)

　　

 

　　2.6 条件控制

　　类似Java的条件控制，例如if、else语法：

　　

if(布尔表达式)

 

　　 --[ 布尔表达式为 true 时执行该语句块 --]

　　 --[ 布尔表达式为 false 时执行该语句块 --]

　　

 

　　与java不同，布尔表达式中的逻辑运算是基于英文单词：

　　实现多级缓存

　　1. OpenResty

　　1.1 简介

　　OpenResty是Nginx的高性能web开发平台，使用的是Lua语言来实现业务

　　多级缓存的实现离不开Nginx编程，而Nginx编程又离不开OpenResty。

　　OpenResty® 是一个基于 Nginx的高性能 Web 平台，用于方便地搭建能够处理超高并发、扩展性极高的动态 Web 应用、Web 服务和动态网关。具备下列特点：

　　具备Nginx的完整功能

　　基于Lua语言进行扩展，集成了大量精良的 Lua 库、第三方模块

　　允许使用Lua自定义业务逻辑、自定义库

　　官方网站： https://openresty.org/cn/

　　1.2 安装部署OpenResty

　　1.2.1 安装

　　首先你的Linux虚拟机必须联网

　　1）安装开发库

　　首先要安装OpenResty的依赖开发库，执行命令：

　　

yum install -y pcre-devel openssl-devel gcc --skip-broken

 

　　

 

　　2）安装OpenResty仓库

　　你可以在你的 CentOS 系统中添加 openresty 仓库，这样就可以便于未来安装或更新我们的软件包（通过 yum check-update 命令）。运行下面的命令就可以添加我们的仓库：

　　

yum-config-manager --add-repo https://openresty.org/package/centos/openresty.repo

 

　　

 

　　如果提示说命令不存在，则运行：

　　

yum install -y yum-utils

 

　　

 

　　然后再重复上面的命令

　　3）安装OpenResty

　　然后就可以像下面这样安装软件包，比如 openresty：

　　

yum install -y openresty

 

　　

 

　　4）安装opm工具

　　opm是OpenResty的一个管理工具，可以帮助我们安装一个第三方的Lua模块。

　　如果你想安装命令行工具 opm，那么可以像下面这样安装 openresty-opm 包：

　　

yum install -y openresty-opm

 

　　

 

　　5）目录结构

　　默认情况下，OpenResty安装的目录是：/usr/local/openresty

　　看到里面的nginx目录了吗，OpenResty就是在Nginx基础上集成了一些Lua模块。

　　6）配置nginx的环境变量

　　打开配置文件：

　　

vi /etc/profile

 

　　

 

　　在最下面加入两行：

　　

export NGINX_HOME=/usr/local/openresty/nginx

 

　　export PATH=${NGINX_HOME}/sbin:$PATH

　　

 

　　NGINX_HOME：后面是OpenResty安装目录下的nginx的目录

　　然后让配置生效：

　　

source /etc/profile

 

　　

 

　　1.2.2 启动和运行

　　OpenResty底层是基于Nginx的，查看OpenResty目录的nginx目录，结构与windows中安装的nginx基本一致：

　　所以运行方式与nginx基本一致：

　　

# 启动nginx

 

　　nginx

　　# 重新加载配置

　　nginx -s reload

　　nginx -s stop

　　

 

　　nginx的默认配置文件注释太多，影响后续我们的编辑，这里将nginx.conf中的注释部分删除，保留有效部分。

　　修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf文件，内容如下：

　　

#user nobody;

 

　　worker_processes 1;

　　error_log logs/error.log;

　　events {

　　 worker_connections 1024;

　　http {

　　 include mime.types;

　　 default_type application/octet-stream;

　　 sendfile on;

　　 keepalive_timeout 65;

　　 server {

　　 listen 8081;

　　 server_name localhost;

　　 location / {

　　 root html;

　　 index index.html index.htm;

　　 error_page 500 502 503 504 /50x.html;

　　 location = /50x.html {

　　 root html;

　　

 

　　在Linux的控制台输入命令以启动nginx：

　　

nginx

 

　　

 

　　然后访问页面：http://192.168.194.132:8081，注意ip地址替换为你自己的虚拟机IP：

　　1.2.4 备注

　　加载OpenResty的lua模块：

　　

#lua 模块

 

　　lua_package_path "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;;";

　　#c模块

　　lua_package_cpath "/usr/local/openresty/lualib/?.so;;";

　　

 

　　common.lua

　　

-- 封装函数，发送http请求，并解析响应

 

　　local function read_http(path, params)

　　 local resp = ngx.location.capture(path,{

　　 method = ngx.HTTP_GET,

　　 args = params,

　　 if not resp then

　　 -- 记录错误信息，返回404

　　 ngx.log(ngx.ERR, "http not found, path: ", path , ", args: ", args)

　　 ngx.exit(404)

　　 return resp.body

　　-- 将方法导出

　　local _M = {

　　 read_http = read_http

　　return _M

　　

 

　　释放Redis连接API：

　　

-- 关闭redis连接的工具方法，其实是放入连接池

 

　　local function close_redis(red)

　　 local pool_max_idle_time = 10000 -- 连接的空闲时间，单位是毫秒

　　 local pool_size = 100 --连接池大小

　　 local ok, err = red:set_keepalive(pool_max_idle_time, pool_size)

　　 if not ok then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "放入redis连接池失败: ", err)

　　

 

　　读取Redis数据的API：

　　

-- 查询redis的方法 ip和port是redis地址，key是查询的key

 

　　local function read_redis(ip, port, key)

　　 -- 获取一个连接

　　 local ok, err = red:connect(ip, port)

　　 if not ok then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "连接redis失败 : ", err)

　　 return nil

　　 -- 查询redis

　　 local resp, err = red:get(key)

　　 -- 查询失败处理

　　 if not resp then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "查询Redis失败: ", err, ", key = " , key)

　　 --得到的数据为空处理

　　 if resp == ngx.null then

　　 resp = nil

　　 ngx.log(ngx.ERR, "查询Redis数据为空, key = ", key)

　　 close_redis(red)

　　 return resp

　　

 

　　开启共享词典：

　　

# 共享字典，也就是本地缓存，名称叫做：item_cache，大小150m

 

　　lua_shared_dict item_cache 150m;

　　

 

　　1.3 OpenResty快速入门

　　我们希望达到的多级缓存架构如图：

　　其中：

　　
windows上的nginx用来做反向代理服务，将前端的查询商品的ajax请求代理到OpenResty集群

　　
1）OpenResty监听请求

　　OpenResty的很多功能都依赖于其目录下的Lua库，需要在nginx.conf中指定依赖库的目录，并导入依赖：

　　1）添加对OpenResty的Lua模块的加载

　　修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf文件，在其中的http下面，添加下面代码：

　　

#lua 模块

 

　　lua_package_path "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;;";

　　#c模块

　　lua_package_cpath "/usr/local/openresty/lualib/?.so;;";

　　

 

　　2）监听/api/item路径

　　修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf文件，在nginx.conf的server下面，添加对/api/item这个路径的监听：

　　

location /api/item {

 

　　 # 默认的响应类型

　　 default_type application/json;

　　 # 响应结果由lua/item.lua文件来决定

　　 content_by_lua_file lua/item.lua;

　　

 

　　这个监听，就类似于SpringMVC中的@GetMapping("/api/item")做路径映射。

　　而content_by_lua_file lua/item.lua则相当于调用item.lua这个文件，执行其中的业务，把结果返回给用户。相当于java中调用service。

　　2）编写item.lua

　　1）在/usr/loca/openresty/nginx目录创建文件夹：lua

　　2）在/usr/loca/openresty/nginx/lua文件夹下，新建文件：item.lua

　　3）编写item.lua，返回假数据

　　item.lua中，利用ngx.say()函数返回数据到Response中

　　

ngx.say({"id":10001,"name":"SALSA AIR","title":"RIMOWA 21寸托运箱拉杆箱 SALSA AIR系列果绿色 820.70.36.4","price":17900,"image":"https://m.360buyimg.com/mobilecms/s720x720_jfs/t6934/364/1195375010/84676/e9f2c55f/597ece38N0ddcbc77.jpg!q70.jpg.webp","category":"拉杆箱","brand":"RIMOWA","spec":"","status":1,"createTime":"2019-04-30T16:00:00.000+00:00","updateTime":"2019-04-30T16:00:00.000+00:00","stock":2999,"sold":31290})

 

　　

 

　　4）重新加载配置

　　

nginx -s reload

 

　　

 

　　1.3.2 请求参数处理

　　① 获取参数的API

　　OpenResty中提供了一些API用来获取不同类型的前端请求参数：

　　② 获取参数并返回

　　在前端发起的ajax请求如图：

　　可以看到商品id是以路径占位符方式传递的，因此可以利用正则表达式匹配的方式来获取ID

　　1）获取商品id

　　修改/usr/loca/openresty/nginx/nginx.conf文件中监听/api/item的代码，利用正则表达式获取ID：

　　

location ~ /api/item/(\d+) {

 

　　 # 默认的响应类型

　　 default_type application/json;

　　 # 响应结果由lua/item.lua文件来决定

　　 content_by_lua_file lua/item.lua;

　　

 

　　2）拼接ID并返回

　　修改/usr/loca/openresty/nginx/lua/item.lua文件，获取id并拼接到结果中返回：

　　

-- 获取商品id

 

　　local id = ngx.var[1]

　　-- 拼接并返回

　　ngx.say({"id": .. id .. ,"name":"SALSA AIR","title":"RIMOWA 21寸托运箱拉杆箱 SALSA AIR系列果绿色 820.70.36.4","price":17900,"image":"https://m.360buyimg.com/mobilecms/s720x720_jfs/t6934/364/1195375010/84676/e9f2c55f/597ece38N0ddcbc77.jpg!q70.jpg.webp","category":"拉杆箱","brand":"RIMOWA","spec":"","status":1,"createTime":"2019-04-30T16:00:00.000+00:00","updateTime":"2019-04-30T16:00:00.000+00:00","stock":2999,"sold":31290})

　　

 

　　3）重新加载并测试

　　运行命令以重新加载OpenResty配置：

　　

nginx -s reload

 

　　

 

　　2. Nginx直接查询Tomcat

　　拿到商品ID后，本应去缓存中查询商品信息，不过目前我们还未建立nginx、redis缓存。因此，这里我们先根据商品id去tomcat查询商品信息。我们实现如图部分：

　　需要注意的是，我们的OpenResty是在虚拟机，Tomcat是在Windows电脑上。两者IP一定不要搞错了。

　　2.1 发送http请求的API

　　nginx提供了内部API用以发送http请求：

　　

local resp = ngx.location.capture("/path",{

 

　　 method = ngx.HTTP_GET, -- 请求方式

　　 args = {a=1,b=2}, -- get方式传参数

　　

 

　　返回的响应内容包括：

　　resp.status：响应状态码

　　resp.header：响应头，是一个table

　　resp.body：响应体，就是响应数据

　　注意：这里的path是路径，并不包含IP和端口。这个请求会被nginx内部的server监听并处理。

　　但是我们希望这个请求发送到Tomcat服务器，所以还需要编写一个server来对这个路径做反向代理：

　　

 location /path {

 

　　 # 这里是windows电脑的ip和Java服务端口，需要确保windows防火墙处于关闭状态

　　 proxy_pass http://192.168.150.1:8081;

　　

 

　　原理如图：

　　2.2 封装http工具

　　下面，我们封装一个发送Http请求的工具，基于ngx.location.capture来实现查询tomcat。

　　1）添加反向代理，到windows的Java服务

　　因为item-service中的接口都是/item开头，所以我们监听/item路径，代理到windows上的tomcat服务。

　　修改 /usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf文件，添加一个location：

　　

location /item {

 

　　 proxy_pass http://192.168.150.1:8081;

　　

 

　　以后，只要我们调用ngx.location.capture("/item")，就一定能发送请求到windows的tomcat服务。

　　2）封装工具类

　　之前我们说过，OpenResty启动时会加载以下两个目录中的工具文件：

　　所以，自定义的http工具也需要放到这个目录下。

　　在/usr/local/openresty/lualib目录下，新建一个common.lua文件：

　　

vi /usr/local/openresty/lualib/common.lua

 

　　

 

　　内容如下:

　　

-- 封装函数，发送http请求，并解析响应

 

　　local function read_http(path, params)

　　 local resp = ngx.location.capture(path,{

　　 method = ngx.HTTP_GET,

　　 args = params,

　　 if not resp then

　　 -- 记录错误信息，返回404

　　 ngx.log(ngx.ERR, "http请求查询失败, path: ", path , ", args: ", args)

　　 ngx.exit(404)

　　 return resp.body

　　-- 将方法导出

　　local _M = {

　　 read_http = read_http

　　return _M

　　

 

　　这个工具将read_http函数封装到_M这个table类型的变量中，并且返回，这类似于导出。

　　使用的时候，可以利用require(common)来导入该函数库，这里的common是函数库的文件名。

　　3）实现商品查询

　　最后，我们修改/usr/local/openresty/lua/item.lua文件，利用刚刚封装的函数库实现对tomcat的查询：

　　

-- 引入自定义common工具模块，返回值是common中返回的 _M

 

　　local common = require("common")

　　-- 从 common中获取read_http这个函数

　　local read_http = common.read_http

　　-- 获取路径参数

　　local id = ngx.var[1]

　　-- 根据id查询商品

　　local itemJSON = read_http("/item/".. id, nil)

　　-- 根据id查询商品库存

　　local itemStockJSON = read_http("/item/stock/".. id, nil)

　　

 

　　这里查询到的结果是json字符串，并且包含商品、库存两个json字符串，页面最终需要的是把两个json拼接为一个json：

　　这就需要我们先把JSON变为lua的table，完成数据整合后，再转为JSON。

　　2.3 CJSON工具类

　　OpenResty提供了一个cjson的模块用来处理JSON的序列化和反序列化。

　　官方地址： https://github.com/openresty/lua-cjson/

　　1）引入cjson模块：

　　

local cjson = require "cjson"

 

　　

 

　　2）序列化：

　　

local obj = {

 

　　 name = jack,

　　 age = 21

　　-- 把 table 序列化为 json

　　local json = cjson.encode(obj)

　　

 

　　3）反序列化：

　　

local json = {"name": "jack", "age": 21}

 

　　-- 反序列化 json为 table

　　local obj = cjson.decode(json);

　　print(obj.name)

　　

 

　　2.4 实现Tomcat查询

　　下面，我们修改之前的item.lua中的业务，添加json处理功能：

　　

-- 导入common函数库

 

　　local common = require(common)

　　local read_http = common.read_http

　　-- 导入cjson库

　　local cjson = require(cjson)

　　-- 获取路径参数

　　local id = ngx.var[1]

　　-- 根据id查询商品

　　local itemJSON = read_http("/item/".. id, nil)

　　-- 根据id查询商品库存

　　local itemStockJSON = read_http("/item/stock/".. id, nil)

　　-- JSON转化为lua的table

　　local item = cjson.decode(itemJSON)

　　local stock = cjson.decode(itemStockJSON)

　　-- 组合数据

　　item.stock = stock.stock

　　item.sold = stock.sold

　　-- 把item序列化为json 返回结果

　　ngx.say(cjson.encode(item))

　　

 

　　2.5 基于ID负载均衡

　　刚才的代码中，我们的tomcat是单机部署。而实际开发中，tomcat一定是集群模式：

　　因此，OpenResty需要对tomcat集群做负载均衡。

　　而默认的负载均衡规则是轮询模式，当我们查询/item/10001时：

　　第一次会访问8081端口的tomcat服务，在该服务内部就形成了JVM进程缓存

　　第二次会访问8082端口的tomcat服务，该服务内部没有JVM缓存（因为JVM缓存无法共享），会查询数据库

　　你看，因为轮询的原因，第一次查询8081形成的JVM缓存并未生效，直到下一次再次访问到8081时才可以生效，缓存命中率太低了。

　　怎么办？

　　如果能让同一个商品，每次查询时都访问同一个tomcat服务，那么JVM缓存就一定能生效了。

　　也就是说，我们需要根据商品id做负载均衡，而不是轮询。

　　nginx提供了基于请求路径做负载均衡的算法：

　　nginx根据请求路径做hash运算，把得到的数值对tomcat服务的数量取余，余数是几，就访问第几个服务，实现负载均衡。

　　例如：

　　我们的请求路径是 /item/10001

　　tomcat总数为2台（8081、8082）

　　对请求路径/item/1001做hash运算求余的结果为1

　　则访问第一个tomcat服务，也就是8081

　　只要id不变，每次hash运算结果也不会变，那就可以保证同一个商品，一直访问同一个tomcat服务，确保JVM缓存生效。

　　修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf文件，实现基于ID做负载均衡。

　　首先，定义tomcat集群，并设置基于路径做负载均衡：

　　

upstream tomcat-cluster {

 

　　 hash $request_uri;

　　 server 192.168.150.1:8081;

　　 server 192.168.150.1:8082;

　　

 

　　然后，修改对tomcat服务的反向代理，目标指向tomcat集群：

　　

location /item {

 

　　 proxy_pass http://tomcat-cluster;

　　

 

　　重新加载OpenResty

　　

nginx -s reload

 

　　

 

　　启动两台tomcat服务：

　　同时启动：

　　清空日志后，再次访问页面，可以看到不同id的商品，访问到了不同的tomcat服务：

　　3. Redis缓存预热

　　Redis缓存会面临冷启动问题：

　　冷启动：服务刚刚启动时，Redis中并没有缓存，如果所有商品数据都在第一次查询时添加缓存，可能会给数据库带来较大压力。

　　缓存预热：在实际开发中，我们可以利用大数据统计用户访问的热点数据，在项目启动时将这些热点数据提前查询并保存到Redis中。

　　我们数据量较少，并且没有数据统计相关功能，目前可以在启动时将所有数据都放入缓存中。

　　1）利用Docker安装Redis

　　

docker run --name redis -p 6379:6379 -d redis redis-server --appendonly yes

 

　　

 

　　2）在item-service服务中引入Redis依赖

　　

 dependency

 

　　 groupId org.springframework.boot /groupId

　　 artifactId spring-boot-starter-data-redis /artifactId

　　 /dependency

　　

 

　　3）配置Redis地址

　　

spring:

 

　　 redis:

　　 host: 192.168.150.101

　　

 

　　4）编写初始化类

　　缓存预热需要在项目启动时完成，并且必须是拿到RedisTemplate之后。

　　这里我们利用InitializingBean接口来实现，因为InitializingBean可以在类的bean创建完并且@Autowired成员变量全部注入后执行。

　　

package com.heima.item.config;

 

　　import com.fasterxml.jackson.core.JsonProcessingException;

　　import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;

　　import com.heima.item.pojo.Item;

　　import com.heima.item.pojo.ItemStock;

　　import com.heima.item.service.IItemService;

　　import com.heima.item.service.IItemStockService;

　　import org.springframework.beans.factory.InitializingBean;

　　import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;

　　import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;

　　import org.springframework.stereotype.Component;

　　import java.util.List;

　　@Component

　　public class RedisHandler implements InitializingBean {

　　 @Autowired

　　 private StringRedisTemplate redisTemplate;

　　 @Autowired

　　 private IItemService itemService;

　　 @Autowired

　　 private IItemStockService stockService;

　　 private static final ObjectMapper MAPPER = new ObjectMapper();

　　 @Override

　　 public void afterPropertiesSet() throws Exception {

　　 // 初始化缓存

　　 // 1.查询商品信息

　　 List Item itemList = itemService.list();

　　 // 2.放入缓存

　　 for (Item item : itemList) {

　　 // 2.1.item序列化为JSON

　　 String json = MAPPER.writeValueAsString(item);

　　 // 2.2.存入redis

　　 redisTemplate.opsForValue().set("item:id:" + item.getId(), json);

　　 // 3.查询商品库存信息

　　 List ItemStock stockList = stockService.list();

　　 // 4.放入缓存

　　 for (ItemStock stock : stockList) {

　　 // 2.1.item序列化为JSON

　　 String json = MAPPER.writeValueAsString(stock);

　　 // 2.2.存入redis

　　 redisTemplate.opsForValue().set("item:stock:id:" + stock.getId(), json);

　　

 

　　4. 查询Redis缓存

　　现在，Redis缓存已经准备就绪，我们可以再OpenResty中实现查询Redis的逻辑了。如下图红框所示：

　　当请求进入OpenResty之后：

　　优先查询Redis缓存

　　如果Redis缓存未命中，再查询Tomcat

　　4.1 封装Redis工具

　　OpenResty提供了操作Redis的模块，我们只要引入该模块就能直接使用。但是为了方便，我们将Redis操作封装到之前的common.lua工具库中。

　　修改/usr/local/openresty/lualib/common.lua文件：

　　1）引入Redis模块，并初始化Redis对象

　　

-- 导入redis

 

　　local redis = require(resty.redis)

　　-- 初始化redis

　　local red = redis:new()

　　red:set_timeouts(1000, 1000, 1000)

　　

 

　　2）封装函数，用来释放Redis连接，其实是放入连接池

　　

-- 关闭redis连接的工具方法，其实是放入连接池

 

　　local function close_redis(red)

　　 local pool_max_idle_time = 10000 -- 连接的空闲时间，单位是毫秒

　　 local pool_size = 100 --连接池大小

　　 local ok, err = red:set_keepalive(pool_max_idle_time, pool_size)

　　 if not ok then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "放入redis连接池失败: ", err)

　　

 

　　3）封装函数，根据key查询Redis数据

　　

-- 查询redis的方法 ip和port是redis地址，key是查询的key

 

　　local function read_redis(ip, port, key)

　　 -- 获取一个连接

　　 local ok, err = red:connect(ip, port)

　　 if not ok then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "连接redis失败 : ", err)

　　 return nil

　　 -- 查询redis

　　 local resp, err = red:get(key)

　　 -- 查询失败处理

　　 if not resp then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "查询Redis失败: ", err, ", key = " , key)

　　 --得到的数据为空处理

　　 if resp == ngx.null then

　　 resp = nil

　　 ngx.log(ngx.ERR, "查询Redis数据为空, key = ", key)

　　 close_redis(red)

　　 return resp

　　

 

　　4）导出

　　

-- 将方法导出

 

　　local _M = {

　　 read_http = read_http,

　　 read_redis = read_redis

　　return _M

　　

 

　　完整的common.lua：

　　

-- 导入redis

 

　　local redis = require(resty.redis)

　　-- 初始化redis

　　local red = redis:new()

　　red:set_timeouts(1000, 1000, 1000)

　　-- 关闭redis连接的工具方法，其实是放入连接池

　　local function close_redis(red)

　　 local pool_max_idle_time = 10000 -- 连接的空闲时间，单位是毫秒

　　 local pool_size = 100 --连接池大小

　　 local ok, err = red:set_keepalive(pool_max_idle_time, pool_size)

　　 if not ok then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "放入redis连接池失败: ", err)

　　-- 查询redis的方法 ip和port是redis地址，key是查询的key

　　local function read_redis(ip, port, key)

　　 -- 获取一个连接

　　 local ok, err = red:connect(ip, port)

　　 if not ok then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "连接redis失败 : ", err)

　　 return nil

　　 -- 查询redis

　　 local resp, err = red:get(key)

　　 -- 查询失败处理

　　 if not resp then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "查询Redis失败: ", err, ", key = " , key)

　　 --得到的数据为空处理

　　 if resp == ngx.null then

　　 resp = nil

　　 ngx.log(ngx.ERR, "查询Redis数据为空, key = ", key)

　　 close_redis(red)

　　 return resp

　　-- 封装函数，发送http请求，并解析响应

　　local function read_http(path, params)

　　 local resp = ngx.location.capture(path,{

　　 method = ngx.HTTP_GET,

　　 args = params,

　　 if not resp then

　　 -- 记录错误信息，返回404

　　 ngx.log(ngx.ERR, "http查询失败, path: ", path , ", args: ", args)

　　 ngx.exit(404)

　　 return resp.body

　　-- 将方法导出

　　local _M = {

　　 read_http = read_http,

　　 read_redis = read_redis

　　return _M

　　

 

　　4.2 实现Redis查询

　　接下来，我们就可以去修改item.lua文件，实现对Redis的查询了。

　　查询逻辑是：

　　根据id查询Redis

　　如果查询失败则继续查询Tomcat

　　将查询结果返回

　　1）修改/usr/local/openresty/lua/item.lua文件，添加一个查询函数：

　　

-- 导入common函数库

 

　　local common = require(common)

　　local read_http = common.read_http

　　local read_redis = common.read_redis

　　-- 封装查询函数

　　function read_data(key, path, params)

　　 -- 查询本地缓存

　　 local val = read_redis("127.0.0.1", 6379, key)

　　 -- 判断查询结果

　　 if not val then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "redis查询失败，尝试查询http， key: ", key)

　　 -- redis查询失败，去查询http

　　 val = read_http(path, params)

　　 -- 返回数据

　　 return val

　　

 

　　2）而后修改商品查询、库存查询的业务：

　　3）完整的item.lua代码：

　　

-- 导入common函数库

 

　　local common = require(common)

　　local read_http = common.read_http

　　local read_redis = common.read_redis

　　-- 导入cjson库

　　local cjson = require(cjson)

　　-- 封装查询函数

　　function read_data(key, path, params)

　　 -- 查询本地缓存

　　 local val = read_redis("127.0.0.1", 6379, key)

　　 -- 判断查询结果

　　 if not val then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "redis查询失败，尝试查询http， key: ", key)

　　 -- redis查询失败，去查询http

　　 val = read_http(path, params)

　　 -- 返回数据

　　 return val

　　-- 获取路径参数

　　local id = ngx.var[1]

　　-- 查询商品信息

　　local itemJSON = read_data("item:id:" .. id, "/item/" .. id, nil)

　　-- 查询库存信息

　　local stockJSON = read_data("item:stock:id:" .. id, "/item/stock/" .. id, nil)

　　-- JSON转化为lua的table

　　local item = cjson.decode(itemJSON)

　　local stock = cjson.decode(stockJSON)

　　-- 组合数据

　　item.stock = stock.stock

　　item.sold = stock.sold

　　-- 把item序列化为json 返回结果

　　ngx.say(cjson.encode(item))

　　

 

　　5. Nginx本地缓存

　　由于Nginx缓存是时间清除策略，所以Nginx一般是存基本不变的信息（店铺信息），不存经常改变的消息（库存数量）

　　现在，整个多级缓存中只差最后一环，也就是nginx的本地缓存了。如图：

　　5.1 本地缓存API

　　OpenResty为Nginx提供了shard dict的功能，可以在nginx的多个worker之间共享数据，实现缓存功能。

　　1）开启共享字典，在nginx.conf的http下添加配置：

　　

 # 共享字典，也就是本地缓存，名称叫做：item_cache，大小150m

 

　　 lua_shared_dict item_cache 150m;

　　

 

　　2）操作共享字典：

　　

-- 获取本地缓存对象

 

　　local item_cache = ngx.shared.item_cache

　　-- 存储, 指定key、value、过期时间，单位s，默认为0代表永不过期

　　item_cache:set(key, value, 1000)

　　-- 读取

　　local val = item_cache:get(key)

　　

 

　　5.2 实现本地缓存查询

　　1）修改/usr/local/openresty/lua/item.lua文件，修改read_data查询函数，添加本地缓存逻辑：

　　

-- 导入共享词典，本地缓存

 

　　local item_cache = ngx.shared.item_cache

　　-- 封装查询函数

　　function read_data(key, expire, path, params)

　　 -- 查询本地缓存

　　 local val = item_cache:get(key)

　　 if not val then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "本地缓存查询失败，尝试查询Redis， key: ", key)

　　 -- 查询redis

　　 val = read_redis("127.0.0.1", 6379, key)

　　 -- 判断查询结果

　　 if not val then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "redis查询失败，尝试查询http， key: ", key)

　　 -- redis查询失败，去查询http

　　 val = read_http(path, params)

　　 -- 查询成功，把数据写入本地缓存

　　 item_cache:set(key, val, expire)

　　 -- 返回数据

　　 return val

　　

 

　　2）修改item.lua中查询商品和库存的业务，实现最新的read_data函数：

　　其实就是多了缓存时间参数，过期后nginx缓存会自动删除，下次访问即可更新缓存。

　　这里给商品基本信息设置超时时间为30分钟，库存为1分钟。

　　因为库存更新频率较高，如果缓存时间过长，可能与数据库差异较大。

　　3）完整的item.lua文件：

　　

-- 导入common函数库

 

　　local common = require(common)

　　local read_http = common.read_http

　　local read_redis = common.read_redis

　　-- 导入cjson库

　　local cjson = require(cjson)

　　-- 导入共享词典，本地缓存

　　local item_cache = ngx.shared.item_cache

　　-- 封装查询函数

　　function read_data(key, expire, path, params)

　　 -- 查询本地缓存

　　 local val = item_cache:get(key)

　　 if not val then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "本地缓存查询失败，尝试查询Redis， key: ", key)

　　 -- 查询redis

　　 val = read_redis("127.0.0.1", 6379, key)

　　 -- 判断查询结果

　　 if not val then

　　 ngx.log(ngx.ERR, "redis查询失败，尝试查询http， key: ", key)

　　 -- redis查询失败，去查询http

　　 val = read_http(path, params)

　　 -- 查询成功，把数据写入本地缓存

　　 item_cache:set(key, val, expire)

　　 -- 返回数据

　　 return val

　　-- 获取路径参数

　　local id = ngx.var[1]

　　-- 查询商品信息

　　local itemJSON = read_data("item:id:" .. id, 1800, "/item/" .. id, nil)

　　-- 查询库存信息

　　local stockJSON = read_data("item:stock:id:" .. id, 60, "/item/stock/" .. id, nil)

　　-- JSON转化为lua的table

　　local item = cjson.decode(itemJSON)

　　local stock = cjson.decode(stockJSON)

　　-- 组合数据

　　item.stock = stock.stock

　　item.sold = stock.sold

　　-- 把item序列化为json 返回结果

　　ngx.say(cjson.encode(item))

　　

 

　　缓存数据同步的常见方式有三种：

　　设置有效期：给缓存设置有效期，到期后自动删除。再次查询时更新【nginx缓存】

　　优势：简单、方便

　　缺点：时效性差，缓存过期之前可能不一致

　　场景：更新频率较。

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标签： java

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