Redis——多级缓存

北岭山脚鼠鼠2023-12-21 14:14

JVM进程缓存

为了演示多级缓存，这里先导入一个商品管理的案例，其中包含商品的CRUD功能。将来会给查询商品添加多级缓存。

导入Demo数据

1.安装mysql

后期做数据同步需要用到MySQL的主从功能，所以需要在虚拟机中，利用Docker来运行一个MySQL容器。

1.1准备目录

为了方便后期配置MySQL，我们先准备两个目录，用于挂载容器的数据和配置文件目录：

复制代码 
# 进入/docker_volume目录
cd /docker_volume
# 创建文件夹
mkdir mysql
# 进入mysql目录
cd mysql
1.2.运行命令

进入mysql目录后，执行下面的Docker命令：

这里mysql容器版本需要自己根据自己的容器版本准备

复制代码 
docker run \
 -p 3306:3306 \
 --name mysql \
 -v $PWD/conf:/etc/mysql/conf.d \
 -v $PWD/logs:/logs \
 -v $PWD/data:/var/lib/mysql \
 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123 \
 --privileged \
 -itd \
 mysql:5.7.25
1.3修改配置

在/docker_volume/mysql/conf目录添加一个my.cnf文件，作为mysql的配置文件：

复制代码 
# 创建文件
touch /docker_volume/mysql/conf/my.cnf

文件的内容如下：

复制代码 
[mysqld]
skip-name-resolve
character_set_server=utf8
datadir=/var/lib/mysql
server-id=1000
1.4重启
复制代码 
docker restart mysql

2.导入SQL

利用课前资料里面的sql文件，在idea里面连接mysql进行导入.

其中包含两张表：

  • tb_item：商品表，包含商品的基本信息

  • tb_item_stock：商品库存表，包含商品的库存信息

之所以将库存分离出来，是因为库存是更新比较频繁的信息，写操作较多。而其他信息修改的频率非常低。

导入Demo工程

使用给的资料里的工程进行导入.

导入商品查询页面

完整内容如下

复制代码 
#user  nobody;
worker_processes  1;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;
    keepalive_timeout  65;
    # nginx的业务集群,nginx本地缓存，redis缓存，tomcat查询
    upstream nginx-cluster{
        server 192.168.150.101:8081;
    }
    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;

	location /api {
            proxy_pass http://nginx-cluster;
        }

        location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
}

初识Caffeine

分布式缓存和进程本地缓存的对比,进程缓存只能在本地，不能和别的tomcat共享。

示例

缓存的驱逐策略

基于容量清理的是基于LRU策略，最近最少使用的。

java 复制代码 
    /*
     基于大小设置驱逐策略：
     */
    @Test
    void testEvictByNum() throws InterruptedException {
        // 创建缓存对象
        Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()
                // 设置缓存大小上限为 1
                .maximumSize(1)
                .build();
        // 存数据
        cache.put("gf1", "柳岩");
        cache.put("gf2", "范冰冰");
        cache.put("gf3", "迪丽热巴");
        // 延迟10ms，给清理线程一点时间
        Thread.sleep(10L);
        // 获取数据
        System.out.println("gf1: " + cache.getIfPresent("gf1"));
        System.out.println("gf2: " + cache.getIfPresent("gf2"));
        System.out.println("gf3: " + cache.getIfPresent("gf3"));
    }
java 复制代码 
    /*
     基于时间设置驱逐策略：
     */
    @Test
    void testEvictByTime() throws InterruptedException {
        // 创建缓存对象
        Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()
                .expireAfterWrite(Duration.ofSeconds(1)) // 设置缓存有效期为 10 秒
                .build();
        // 存数据
        cache.put("gf", "柳岩");
        // 获取数据
        System.out.println("gf: " + cache.getIfPresent("gf"));
        // 休眠一会儿
        Thread.sleep(1200L);
        System.out.println("gf: " + cache.getIfPresent("gf"));
    }

实现进程缓存

这里的本地缓存真实点的场景是存点什么，商品数据这样存那么多机器很容易就遇到不一致了.

准备两个配置类

java 复制代码 
@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();
    }
}

改造业务代码,这里要注入两个bean和使用现成的api在查询数据库前先查询本地缓存。

java 复制代码 
    @Autowired
    private Cache<Long,Item> itemCache;

    @Autowired
    private Cache<Long,ItemStock> stockCache;
  

  @GetMapping("/{id}")
    public Item findById(@PathVariable("id") Long id){
       return itemCache.get(id,key->itemService.query() //这里key就是id，因为lamda表达式需要重新命名，不然会冲突。
                .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));
    }

测试

第一次查询可以看见有sql语句查询了数据库

第二次查询就没有查询数据库了 ，控制台一篇空白

Lua语法入门

要配置查询nginx缓存需要使用lua语言。

初识Lua

这玩意可以写外挂脚本，再配合修改器使用。并且redis里面也是支持lua的。

在ubuntu里面需要先安装Lua环境。

java 复制代码 
sudo apt install Lua5.1

变量和循环

条件控制、函数

多级缓存

安装OpenResty

拉取镜像

java 复制代码 
docker pull openresty/openresty

启动

java 复制代码 
docker run --name openresty -p 80:80 -d openresty/openresty

复制配置文件

1.创建宿主机目录

java 复制代码 
mkdir /usr/local/openresty
cd /usr/local/openresty
# 存放nginx的配置文件
mkdir conf
# 存放lua脚本
mkdir lua

2、拷贝容器中nginx配置文件到宿主机目录

java 复制代码 
docker cp openresty:/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf /usr/local/openresty/conf/
# 拷贝lua库
docker cp openresty:/usr/local/openresty/lualib /usr/local/openresty/

删除容器，启动新容器

java 复制代码 
### 删除 openresty 容器
docker rm -f openresty

### 配置启动 openresty，配置自动启动
docker run -p 80:80 -p 8081:8081 \
--name openresty --restart always \
-v /usr/local/openresty/conf/nginx.conf:/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf \
-v /etc/localtime:/etc/localtime \
openresty/openresty

# 或者修改启动端口，去掉自动启动，增加lua脚本映射目录
docker run --name openresty \
-v /usr/local/openresty/conf/nginx.conf:/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf \
-v /usr/local/openresty/lua/:/usr/local/openresty/nginx/lua \
-v /usr/local/openresty/lualib/:/usr/local/openresty/lualib \
-p 80:80 -p 8081:8081 -d openresty/openresty

然后访问虚拟机的ip可以得到如下页面

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/conf/nginx.conf`文件，内容如下：

java 复制代码 
#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;
        }
    }
}

OpenResty快速入门

上面已经配置好了

java 复制代码 
#lua 模块
	lua_package_path "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;;";
	#c模块     
	lua_package_cpath "/usr/local/openresty/lualib/?.so;;";
java 复制代码 
		location /api/item {
            # 默认的响应类型
            default_type application/json;
            # 响应结果有lua/item.lua文件来决定
            content_by_lua_file lua/item.lua;
         
        }

上面创建的时候已经创建过了，所以这里不用再创建了。

测试成功

最终的配置文件

Lua 复制代码 
#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;
    underscores_in_headers on;#表示如果header name中包含下划线，则不忽略

    #lua 模块 	
    lua_package_path "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;;"; 	
    #c模块      	
    lua_package_cpath "/usr/local/openresty/lualib/?.so;;";

    server {
        listen       8081;
        server_name  localhost;
       	location  /api/item {
	    #默认的响应类型
	    default_type application/json;	
            #响应结果由lua/item.lua文件决定
	    content_by_lua_file lua/item.lua;
	}
         location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
}

请求参数处理

在配置文件里面修改如下

java 复制代码 
 location ~ /api/item/(\d+)

然后修改lua文件

Lua 复制代码 
-- 获取路径参数
local id = ngx.var[1]
-- 返回结果
ngx.say('{"id":'..id..',"name":"SALSA AIR","title":"RIMOWA 29寸托运箱拉杆箱 SALSA AIR垃圾蛇 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}')

重新加载配置文件后

测试成功，传过去的参数成功传递回来。

封装Http请求

这里缓存的数据都要先查询tomcat获取，然后才能保存在缓存当中。这里openResty和tomcat不在同一个地址，windows电脑地址只要把虚拟机地址的最后一位改成1就一定是windows电脑的地址.

这里内部发送的请求会被nginx自己捕获，然后要让nginx再次反向代理到tomcat所在ip和端口.

查询Tomcat

前面已经封装好了一个查询工具类。

这里要修改item.lua将请求转到common.lua.

Lua 复制代码 
-- 导入common函数库
local common = require('common')
local read_http = common.read_http
-- 获取路径参数
local id = ngx.var[1]
-- 查询商品信息
local itemJSON = read_http("/item/"..id,nil)
--查询库存信息
local stockJSON = read_http("/item/stock/"..id,nil)
-- 返回结果
ngx.say(itemJSON)

tmd,终于成功了.

虽然现在数据不全，接下来修改item.lua进行数据的拼接

Lua 复制代码 
-- 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]
-- 查询商品信息
local itemJSON = read_http("/item/"..id,nil)
--查询库存信息
local stockJSON = read_http("/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))

然后现在库存也可以正常显示了.

根据商品id对tomcat集群负载均衡

这里会有个问题，假如一个数据保存在8081的缓存里了，但是下一次访问到8082时就无法命中缓存。所以这里需要让同一个id每次都指向同一台tomcat。需要修改nginx的负载均衡算法。

Lua 复制代码 
#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;

    #lua 模块
    lua_package_path "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;;";
    #c模块
    lua_package_cpath "/usr/local/openresty/lualib/?.so;;";

    upstream tomcat-cluster{
        hash $request_uri;
        server 192.168.241.1:8081;
        server 192.168.241.1:8082;
    }

    server {
        listen       8081;
        server_name  localhost;
        location /item {
            proxy_pass http://tomcat-cluster;
        }

        location ~ /api/item/(\d+) {
            #默认的响应类型
            default_type application/json;
            #响应结果由lua/item.lua文件决定
            content_by_lua_file lua/item.lua;
        }
         location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
}

然后启动两台tomcat机器。

成功实现根据哈希值进行负债均很。

Redis缓存预热

java 复制代码 
@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> list = itemService.list();
        //2.放入缓存
        for(Item item:list){
            //2.1item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 itemStock:stockList){
            //2.1item序列化为JSON
            String json = MAPPER.writeValueAsString(itemStock);
            //2.2存入redis
            redisTemplate.opsForValue().set("item:stock:id:"+itemStock.getId(),json);
        }
    }
}

成功实现缓存预热

查询Redis缓存

最终common.lua变成如下,

有密码的要在获取一个连接成功之后确认密码。

Lua 复制代码 
-- 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)
    end
end
-- 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
    end
    red:auth(password)
    -- 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)
    end
    --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)
    end
    close_redis(red)
    return resp
end
-- 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)
    end
    return resp.body
end
-- 将方法导出
local _M = {
    read_http = read_http,
    read_redis = read_redis
}
return _M
Lua 复制代码 
-- 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redis
    local resp = read_redis("8.134.198.34",6379,key)
    --判断查询结果
    if not resp then
        ngx.log("redis查询失败，尝试去查询http，key:",key)
        --redis 查询失败，去查询http
        resp = read_http(path,params)
    end
    return resp
end

-- 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))

成功实现关了后端后从自从redis缓存查数据

Nginx本地缓存

Lua 复制代码 
# 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;

成功item.lua代码

Lua 复制代码 
-- 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')
--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,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，尝试去查询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，尝试去查询http，key:",key)
            --redis 查询失败，去查询http
            val = read_http(path,params)
        end
    end
    -- 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
end

-- 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))

缓存同步策略

数据同步策略

安装Canal

1.开启Mysql主从同步

Canal是基于MySQL的主从同步功能，因此必须先开启MySQL的主从功能才可以。

1.1开启binlog

打开mysql容器挂载的日志文件my.cnf，我的在/docker_volume/mysql/conf目录:

添加如下内容：

复制代码 
log-bin=/var/lib/mysql/mysql-bin
binlog-do-db=heima

配置解读：

  • log-bin=/var/lib/mysql/mysql-bin：设置binary log文件的存放地址和文件名，叫做mysql-bin

  • binlog-do-db=heima：指定对哪个database记录binary log events，这里记录heima这个库

最终文件

复制代码 
[mysqld]
skip-name-resolve
character_set_server=utf8
datadir=/var/lib/mysql
bind-address = 0.0.0.0
server-id=1000
log-bin=/var/lib/mysql/mysql-bin
binlog-do-db=heima
1.2设置用户权限

接下来添加一个仅用于数据同步的账户，出于安全考虑，这里仅提供对heima这个库的操作权限。

sql 复制代码 
create user canal@'%' IDENTIFIED by 'canal';
GRANT SELECT, REPLICATION SLAVE, REPLICATION CLIENT,SUPER ON *.* TO 'canal'@'%' identified by 'canal';
FLUSH PRIVILEGES;

重启之后测试设置是否成功：在mysql控制台，或者Navicat中，输入命令：

sql 复制代码 
show master status;

2.安装Canal

我们需要创建一个网络，将MySQL、Canal、MQ放到同一个Docker网络中：

2.1创建网络
sql 复制代码 
docker network create heima

让mysql加入这个网络：

sql 复制代码 
docker network connect heima mysql
2.2docker安装Canal

拉取Canal镜像

sql 复制代码 
docker pull canal/canal-server:v1.1.5

创建容器

sql 复制代码 
docker run -p 11111:11111 --name canal \
-e canal.destinations=heima \
-e canal.instance.master.address=mysql:3306  \
-e canal.instance.dbUsername=canal  \
-e canal.instance.dbPassword=canal  \
-e canal.instance.connectionCharset=UTF-8 \
-e canal.instance.tsdb.enable=true \
-e canal.instance.gtidon=false  \
-e canal.instance.filter.regex=heima\\..* \
--network heima \
-d canal/canal-server:v1.1.5

配置说明

  • -p 11111:11111：这是canal的默认监听端口

  • -e canal.instance.master.address=mysql:3306：数据库地址和端口，如果不知道mysql容器地址，可以通过docker inspect 容器id来查看

  • -e canal.instance.dbUsername=canal：数据库用户名

  • -e canal.instance.dbPassword=canal ：数据库密码

  • -e canal.instance.filter.regex=：要监听的表名称，上面是监听了heima库下的所有表。

表名称监听支持的语法：

sql 复制代码 
mysql 数据解析关注的表，Perl正则表达式.
多个正则之间以逗号(,)分隔，转义符需要双斜杠(\\) 
常见例子：
1.  所有表：.*   or  .*\\..*
2.  canal schema下所有表： canal\\..*
3.  canal下的以canal打头的表：canal\\.canal.*
4.  canal schema下的一张表：canal.test1
5.  多个规则组合使用然后以逗号隔开：canal\\..*,mysql.test1,mysql.test2

使用docker logs -f canal查看运行日志。

查看canal运行日志

sql 复制代码 
docker exec -it canal bash 
tail -f canal-server/logs/canal/canal.log

tail -f canal-server/logs/heima/heima.log

监听Canal

sql 复制代码 
@Data
@TableName("tb_item")
public class Item {
    @TableId(type = IdType.AUTO)
    @Id
    private Long id;//商品id
    private String name;//商品名称
    private String title;//商品标题
    private Long price;//价格（分）
    private String image;//商品图片
    private String category;//分类名称
    private String brand;//品牌名称
    private String spec;//规格
    private Integer status;//商品状态 1-正常，2-下架
    private Date createTime;//创建时间
    private Date updateTime;//更新时间
    @TableField(exist = false)
    @Transient
    private Integer stock;
    @TableField(exist = false)
    @Transient
    private Integer sold;
}

在redisHandler中增加两个方法

java 复制代码 
    public void saveItem(Item item)   {
        try {
            String json = MAPPER.writeValueAsString(item);
            redisTemplate.opsForValue().set("item:id:"+item.getId(),json);
        } catch (JsonProcessingException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public void deleteItemById(Long id){
        redisTemplate.delete("item:id:"+id);
    }
java 复制代码 
@CanalTable("tb_item")
@Component
public class ItemHandler implements EntryHandler<Item> {
    @Autowired
    private RedisHandler redisHandler;
    @Autowired
    private Cache<Long,Item> itemCache;
    @Override
    public void insert(Item item) {
        //写数据到JVM缓存
        itemCache.put(item.getId(),item);
        //写数据到redis
        redisHandler.saveItem(item);
    }

    @Override
    public void update(Item before, Item after) {
        //写数据到JVM缓存
        itemCache.put(after.getId(),after);
        //写数据到redis
        redisHandler.saveItem(after);
    }

    @Override
    public void delete(Item item) {
        //删除数据到JVM缓存
        itemCache.invalidate(item.getId());
        //删除数据到redis
        redisHandler.deleteItemById(item.getId());
    }
}

测试数据监听

用已经准备好的静态资源页面

修改之后可以看见控制台输出

到redis里面也可以看见修改后的数据

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