ABP VNext + 多级缓存架构:本地 + Redis + CDN

ABP VNext + 多级缓存架构:本地 + Redis + CDN


📚 目录

  • [ABP VNext + 多级缓存架构:本地 + Redis + CDN](#ABP VNext + 多级缓存架构:本地 + Redis + CDN)
    • [一、引言 🚀](#一、引言 🚀)
    • [二、环境与依赖 🛠️](#二、环境与依赖 🛠️)
    • [三、架构概览 🌐](#三、架构概览 🌐)
      • [请求全链路示意 🛣️](#请求全链路示意 🛣️)
    • [四、本地内存缓存层 🧠](#四、本地内存缓存层 🧠)
    • [五、分布式锁提供者注册 🔐](#五、分布式锁提供者注册 🔐)
    • [六、HybridCache:二级缓存一体化 🤝](#六、HybridCache:二级缓存一体化 🤝)
    • [七、CDN 静态资源加速 ☁️](#七、CDN 静态资源加速 ☁️)
    • [八、一致性与防护 🛡️](#八、一致性与防护 🛡️)
    • [九、序列化与性能 ⚙️](#九、序列化与性能 ⚙️)
    • [十、失效管理与版本控制 🔄](#十、失效管理与版本控制 🔄)
    • [十一、监控与可观察性 📊](#十一、监控与可观察性 📊)
    • [十二、多区域与高可用 🌍](#十二、多区域与高可用 🌍)
    • [十三、自动化测试与 CI/CD 🧪](#十三、自动化测试与 CI/CD 🧪)
    • [十四、端到端示例 🔧](#十四、端到端示例 🔧)

一、引言 🚀

TL;DR

  • 🔥 本地内存 Cache + Redis 分布式 Cache(HybridCache)+ CDN 静态资源三级缓存
  • ⚙️ 演示 Cache-Aside、Write-Through、Write-Behind、分布式锁、版本管理、失效广播
  • 📈 端到端示例:API 数据与静态资源协同优化

📚 背景与动机

在微服务环境中,单一内存缓存仅限单实例;纯 Redis 缓存易遭"击穿/雪崩";静态资源如不加速则带宽受限。三级缓存架构结合本地缓存的超低延迟、Redis 的跨节点共享和 CDN 的全球分发,可实现秒级响应高可用


二、环境与依赖 🛠️

  • 运行平台:.NET 6+ / ABP VNext 6.x

  • NuGet 包

    • Microsoft.Extensions.Caching.Memory(内存缓存)
    • Microsoft.Extensions.Caching.StackExchangeRedis(分布式缓存)
    • Volo.Abp.Caching.StackExchangeRedis(ABP Redis 扩展)
    • Volo.Abp.DistributedLocking + Volo.Abp.DistributedLocking.Redis(分布式锁)
    • Microsoft.Extensions.Caching.Hybrid + Volo.Abp.Caching.Hybrid(HybridCache)
    • AspNetCore.HealthChecks.Redis(Redis 健康检查)
    • Prometheus.AspNetCore.HealthChecks(Prometheus 转发)
    • Testcontainers + Testcontainers.Redis(集成测试)
  • CDN 服务示例:Azure CDN / Cloudflare / AWS CloudFront

  • 配置示例(appsettings.json)

    jsonc 复制代码
    "Caching": {
      "Memory": { "SizeLimit": 1024 },
      "Redis": { "Configuration": "localhost:6379,abortConnect=false" },
      "DistributedLock": { "KeyPrefix": "MyApp:" },
      "HybridCache": {
        "GlobalHybridCacheEntryOptions": {
          "Expiration": "00:20:00",
          "LocalCacheExpiration": "00:10:00"
        }
      },
      "Cdn": {
        "Enable": true,
        "BaseUrl": "https://cdn.example.com/",
        "StaticPaths": ["/images","/css","/js"]
      }
    }

三、架构概览 🌐

静态文件 API 请求 缓存 数据库 Client CDN 缓存 ABP 微服务 IHybridCache
(Local → Redis) 数据库

🔍 四级职责

  1. 🧠 本地缓存:超低延迟、单节点热点数据
  2. 🤝 混合缓存IHybridCache<T> 自动同步本地与分布式
  3. 🔴 Redis:跨实例共享、高容量、高可用(由 HybridCache 隐式使用)
  4. ☁️ CDN:全球边缘分发、静态资源加速

请求全链路示意 🛣️

Client CDN API HybridCache Database GET /static/js/app.js 静态资源缓存 GET /api/products/123 GetOrCreate("product:123") 返回缓存数据 查询数据库 返回数据 写入本地 & Redis 返回数据 alt [HybridCache 命中] [未命中] 返回 API 数据 Client CDN API HybridCache Database


四、本地内存缓存层 🧠

📦 注入&配置

csharp 复制代码
services.AddMemoryCache(options =>
{
    options.SizeLimit = 1024;
});

💡 Cache-Aside 示例

csharp 复制代码
if (!_memory.TryGetValue(key, out T data))
{
    data = await next();
    _memory.Set(key, data, new MemoryCacheEntryOptions
    {
        AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(5),
        SlidingExpiration = TimeSpan.FromMinutes(2),
        Size = 1,
        Priority = CacheItemPriority.High
    });
}
return data;
  • 线程安全IMemoryCache 支持并发访问,但需注意服务生命周期

五、分布式锁提供者注册 🔐

csharp 复制代码
// 在 Module.ConfigureServices 或 Startup.ConfigureServices 中:
services.AddStackExchangeRedisLocking(opts =>
{
    opts.Configuration = Configuration["Caching:Redis:Configuration"];
    opts.KeyPrefix = Configuration["DistributedLock:KeyPrefix"];
});
  • 确保锁在多实例下跨节点生效,防止 Cache Stampede

六、HybridCache:二级缓存一体化 🤝

📦 注入 & 配置

csharp 复制代码
builder.Services.AddHybridCache(); 
Configure<AbpHybridCacheOptions>(options =>
{
    options.GlobalHybridCacheEntryOptions = new HybridCacheEntryOptions
    {
        Expiration = TimeSpan.FromMinutes(20),
        LocalCacheExpiration = TimeSpan.FromMinutes(10)
    };
});

🔄 使用示例

csharp 复制代码
var item = await _hybridCache.GetOrCreateAsync(
    key,
    async () => await LoadFromDbAsync(),
    () => new HybridCacheEntryOptions
    {
        Expiration = TimeSpan.FromMinutes(20),
        LocalCacheExpiration = TimeSpan.FromMinutes(10)
    });
  • 背后自动尝试本地→Redis→DB,更新时自动广播失效

七、CDN 静态资源加速 ☁️

⚙️ Cache-Control

csharp 复制代码
app.UseStaticFiles(new StaticFileOptions
{
    OnPrepareResponse = ctx =>
        ctx.Context.Response.Headers["Cache-Control"] = "public,max-age=31536000"
});

🚀 Azure CLI 全量失效

yaml 复制代码
- run: |
    az login --service-principal -u ${{ secrets.AZ_USER }} -p ${{ secrets.AZ_PASS }} --tenant ${{ secrets.AZ_TENANT }}
    az cdn endpoint purge \
      --resource-group MyRg \
      --profile-name MyCdnProfile \
      --name MyEndpoint \
      --content-paths '/*'

💡 PowerShell

powershell 复制代码
Clear-AzCdnEndpointContent -ResourceGroupName MyRg -ProfileName MyCdnProfile `
  -EndpointName MyEndpoint -ContentPath @("/*","/css/*","/js/*")

八、一致性与防护 🛡️

是 否 是 否 Client 请求 API 本地/Hybrid 缓存命中? 直接返回 获取分布式锁 锁成功? DB 查询并写 HybridCache 回退读 DB & 写本地 写本地 & 返回

  • 锁重试/回退:锁超时后,可短期自旋或直接回退 DB,保证可用性
  • Write-Through/Write-Behind:按业务需求选型

九、序列化与性能 ⚙️

  • JSON vs MessagePack

    • JSON 易用但体积大
    • MessagePack 紧凑高效
  • 示例

    csharp 复制代码
    services.AddStackExchangeRedisCache(opts =>
    {
        opts.Configuration = Configuration["Caching:Redis:Configuration"];
    })
    .AddStackExchangeRedisExtensions<MsgPackSerializer>();

十、失效管理与版本控制 🔄

  • 📅 绝对 vs 滑动过期:防止缓存雪崩或冷数据长期占用

  • 🎯 Tag-based Invalidation

    csharp 复制代码
    await _hybridCache.RemoveByTagAsync("Products");
  • 🔧 版本号策略 :在 Key/URL 中嵌入版本号(如 v2),发布时全量失效


十一、监控与可观察性 📊

📈 Health Checks & Prometheus

csharp 复制代码
services.AddHealthChecks()
    .AddRedis(Configuration["Caching:Redis:Configuration"], name: "Redis")
    .AddCheck<MemoryHealthCheck>("Memory")
    .ForwardToPrometheus();
app.UseEndpoints(endpoints =>
{
    endpoints.MapHealthChecks("/healthz");
    endpoints.MapMetrics(); // Prometheus /metrics
});
  • 需引用 Prometheus.AspNetCore.HealthChecks

🩺 OpenTelemetry & Metrics

csharp 复制代码
builder.Services.AddOpenTelemetryMetrics(m =>
{
    m.AddAspNetCoreInstrumentation()
     .AddHttpClientInstrumentation()
     .AddPrometheusExporter();
});
  • /metrics 端点采集 Cache Hit/Miss、延迟指标,用 Grafana 可视化

十二、多区域与高可用 🌍

  • 被动 Geo-Replication(Premium):主从同步,仅主写
  • 主动 Geo-Replication(Enterprise):多主写入,CRDT 同步

十三、自动化测试与 CI/CD 🧪

📦 Testcontainers + xUnit

csharp 复制代码
public class RedisFixture : IAsyncLifetime
{
    public IConnectionMultiplexer Connection { get; private set; }
    private readonly RedisTestcontainer _container =
        new TestcontainersBuilder<RedisTestcontainer>()
          .WithDatabase(new RedisTestcontainerConfiguration { Image = "redis:7.0" })
          .WithWaitStrategy(Wait.ForUnixContainer().UntilPortIsAvailable(6379))
          .Build();

    public async Task InitializeAsync()
    {
        await _container.StartAsync();
        Connection = await ConnectionMultiplexer.ConnectAsync(_container.ConnectionString);
    }

    public async Task DisposeAsync()
        => await _container.DisposeAsync();
}

[CollectionDefinition("Redis")]
public class RedisCollection : ICollectionFixture<RedisFixture> { }

public class CacheTests : IClassFixture<RedisFixture>
{
    private readonly IConnectionMultiplexer _conn;
    public CacheTests(RedisFixture fixture) => _conn = fixture.Connection;

    [Fact]
    public async Task GetOrAdd_Should_Cache()
    {
        var db = _conn.GetDatabase();
        await db.StringSetAsync("key", "value");
        Assert.Equal("value", await db.StringGetAsync("key"));
    }
}

🚄 CI/CD 示意

  • GitHub Actions:构建 → 单元/集成测试 → 发布 NuGet
  • 静态资源打 Hash → 上传 Azure Blob → az cdn endpoint purge

十四、端到端示例 🔧

csharp 复制代码
public class ProductService : ApplicationService
{
    private readonly IMemoryCache _memory;
    private readonly IHybridCache<ProductDto> _hybrid;
    private readonly IRepository<Product, Guid> _repo;

    public ProductService(
        IMemoryCache memory,
        IHybridCache<ProductDto> hybrid,
        IRepository<Product, Guid> repo)
    {
        _memory = memory;
        _hybrid = hybrid;
        _repo = repo;
    }

    public async Task<ProductDto> GetAsync(Guid id)
    {
        var key = $"product:{id}";

        // 1️⃣ 本地缓存
        if (_memory.TryGetValue(key, out ProductDto dto))
            return dto;

        // 2️⃣ 混合缓存 + 分布式锁
        dto = await _hybrid.GetOrCreateAsync(
            key,
            async () => await MapAsync(await _repo.GetAsync(id)),
            () => new HybridCacheEntryOptions 
                { Expiration = TimeSpan.FromMinutes(10), LocalCacheExpiration = TimeSpan.FromMinutes(5) }
        );

        // 3️⃣ 写回本地
        _memory.Set(key, dto, new MemoryCacheEntryOptions 
        { 
            AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(5), 
            Size = 1 
        });
        return dto;
    }
}

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