多级缓存
简介
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:
-
一个是在nginx中编写业务,实现nginx本地缓存、Redis、Tomcat的查询
-
另一个就是在Tomcat中实现JVM进程缓存
其中Nginx编程则会用到OpenResty框架结合Lua这样的语言。
JVM缓存
Tomcat服务器的进程缓存
1. Caffeine
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
- 进程本地缓存,例如Caffeine、HashMap、GuavaCache:
- 优点:读取本地内存,没有网络开销,速度更快
- 缺点:存储容量有限、可靠性较低、无法共享
- 场景:性能要求较高,缓存数据量较小
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:
-
基于容量:设置缓存的数量上限
// 创建缓存对象 Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder() .maximumSize(1) // 设置缓存大小上限为 1 .build();
-
基于时间:设置缓存的有效时间
// 创建缓存对象 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。
1.3 举例:实现JVM缓存
需求
利用Caffeine实现下列需求:
- 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:
- 定义一个配置类设置每个缓存的信息并创建
- 注入bean到spring容器中
package com.heima.item.config;
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)
.maximu