多级缓存设计和实战应用 多层次缓存设计和实际应用(2)

多级缓存设计和实战应用

我们简单描述下，当请求进入系统后的工作流程：

1. 浏览器访问静态资源时，优先读取浏览器本地缓存
2. 访问非静态资源（ajax查询数据）时，访问服务端
3. 请求到达Nginx后，优先读取Nginx本地缓存
4. 如果Nginx本地缓存未命中，则去直接查询Redis（不经过Tomcat）
5. 如果Redis查询未命中，请求进入Tomcat后，优先查询JVM进程缓存
6. 如果JVM进程缓存未命中，则查询数据库

标注：
在多级缓存架构中，基于OpenResty框架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。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

小结

可见，全链路多级缓存有几个关键点：

• 浏览器本地缓存
• nginx本地缓存（运用OpenResty中Nginx+Lua编程）
• Redis缓存
• JVM进程本地缓存

本文重点聊聊JVM进程缓存和Redis缓存应用

缓存对系统性能影响至关重要，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ConcurrentHashMap、Guava Cache：
  • 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

今天我们利用Caffeine框架来实现JVM进程缓存。

JVM进程缓存(本地缓存)

JVM进程缓存 Caffeine 介绍

Caffeine 是一个基于Java8开发的，提供了近乎最佳命中率的高性能本地缓存库。

目前Spring内部的缓存使用的就是Caffeine。

官方介绍

性能测试报告对比（官方测试数据，当然不同机器结果也不同）：

简单学习Caffeine使用：

1. 导入依赖

<dependency>
  <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId>
  <artifactId>caffeine</artifactId>
</dependency>

2. 基本用法

@Test
void testBasicOps() {
    // 创建缓存对象
    Cache<String, String> cache =
            Caffeine.newBuilder()
                    .expireAfterWrite(Duration.ofSeconds(10)) // 设置缓存有效期为 10 秒，从最后一次写入开始计时 
                    .build();
    // 存数据
    cache.put("code", "码易有道");
    // 取数据，不存在则返回null
    String val = cache.getIfPresent("code_01"); //null
    // 取数据，不存在则去数据库查询
    String dbVal = cache.get("ping", key -> {
        // 这里可以查询数据库根据 key查询value
        return "pong";
    });
}

3. 真实案例编写

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
• 缓存初始大小为100
• 缓存上限为10000

配置config

@Configuration
public class CaffeineConfig {
    @Bean
    public Cache<Long, Item> itemCache(){
        return Caffeine.newBuilder()
                .initialCapacity(100)
                .maximumSize(10_000)
                .build();
    }
}

业务逻辑：

@GetMapping("/{id}")
    public Item findById(@PathVariable("id") Long id) {
        //查本地缓存 --> 如果没有，查数据库: 状态不为：2 ，且查询条件是ID等于指定的键值,返回一个结果
        return itemCache.get(id, key -> itemService.query()
                .ne("status", 2)
                .eq("id", key)
                .one()
        );
    }

演示结果：

访问：http://localhost:8081/item/10002，返回正确结果