Hazelcast集群服务(4)——分布式Map
在第一篇介绍Hazelcast的文章已经提到，Hazelcast为Java中绝大部分数据结构提供了分布式实现。我们常用的Map、List、Queue等数据结构可以用Hazelcast的实现类在多个集群节点之间共享数据。本篇将介绍Map的分布式实现方式和使用方法，后续的博文再简要说明Set、Queue、List、Ringbuffer、Topic、Lock等数据结构的配置和使用方法。如果你对Hazelcast的基础知识还不太了解，建议先阅读本人前面关于Hazelcast介绍的三篇博文——Hazelcast介绍、Hazelcast基本配置、Hazelcast集群功能详解。
分布式Map基础功能
Map是我们再最常用的数据接口之一，时常用于存储某种关系值。在前面介绍Hazelcast的文章中已经用Map举了很多分布式环境使用的例子。下面我们将由浅入深的介绍Hazelcast的Map。
在Hazelcast中自定义了一个名为IMap的接口，该接口自java.util.concurrent.ConcurrentMap接口，所以可以通过常规的Map::get和Map::put方法来控制集群Map的数据。先看一个Map使用简单的例子：
（再次申明，文中所有的例子的代码都在：https://github.com/chkui/hazelcast-demo，git clone到本地用Maven导入即可运行）
首先创建一个服务端节点，并向节点中的Map添加数据。
//
// 服务端节点
public class ServiceNode {
public static void main(String[] args) {
// 获取Hazelcast实例
HazelcastInstance ins = Hazelcast.newHazelcastInstance();
// 从集群中读取Map实例
Map map = ins.getMap("default map");
// 向集群中添加数据
System.out.println("Begin insert data");
map.put(1, "Cait Cassiopeia");
map.put(2, "Annie");
map.put(3, "Evelynn");
map.put(4, "Ashe");
System.out.println("End");
}
} 然后创建一个客户端节点，从节点的Map读取数据。
//
// 客户端节点
public class ClientNode {
public static void main(String[] args) {
// 获取Hazelcast实例
HazelcastInstance ins = Hazelcast.newHazelcastInstance();
// 从集群中读取Map实例
Map map = ins.getMap("default map");
// 输出map中数据
map.forEach((k,v)->{
System.out.println("Pos:" + k + ". name:" + v);
});
}
} 这就是使用集群Map的过程，和常规Map并没有什么差异。在使用集群Map时，最主要是了解Map的各种配置对Map功能的影响，以及Hazelcast为Map提供了哪些扩展接口。下面将会结合配置文档，说明每一个配置参数的功效。
先看分布式Map的基础配置参数：
下面这个是一个使用代码配置的例子：
//
// 代码设置Map
public class StaticMapConfig {
public static void main(String[] args) {
MapConfig mapConfig = new MapConfig();
mapConfig.setName("cacheMap")// 设置Map名称
.setInMemoryFormat(InMemoryFormat.BINARY)// 设置内存格式
.setBackupCount(1);// 设置副本个数
mapConfig.getMapStoreConfig()//
.setWriteDelaySeconds(60)//
.setWriteBatchSize(1000);// 设置缓存格式
mapConfig.addMapIndexConfig(new MapIndexConfig().setAttribute("id").setOrdered(true));// 增加索引
mapConfig.addMapIndexConfig(new MapIndexConfig().setAttribute("name").setOrdered(true));
}
}下面我们将一一介绍每个配置的含义。
backup-count
备份副本个数[0~Integer.MAX_VALUE]。 前面的博文已经介绍，集群中分布式存储的数据都会被均匀的存储在每个节点上。我们使用Map进行分布式数据存储时，每个节点会按条目（Entry）数将数据进行分布，并且每条数据都会有备份。例如集群中的一个Map有1000条数据，此时有2个节点，那么每个节点会存储1000条数——500条主数据和500条备份数据，以此类推，当有5个节点是，每个节点200条主数据加200条备份数据。
backup-count 就是用来定义备份副本个数的，默认为1。当设置为0时，集群中不会有任何数据副本。这个参数需要根据数据的业务需要来定义，值越大，需要备份的副本就越多，集群中需要处理的数据就越多会导致性能降低。
async-backup-count
异步备份副本的个数[0~Integer.MAX_VALUE]。这个参数和backup-count类似，也是指定备份副本的个数，区别在于这里指定的副本，是异步备份的。例如，我们执行map.put(key,value)时，Hazelcast会先向主表添加数据。这时如果指定了backup-count = 1，会先更新副本数据，然后再return到调用put方法的线程，在添加数据完成之前，调用线程都是被阻塞的。如果指定了async-backup-count = 1，那么当添加主表数据成功后，会直接返回给调用线程，然后再去异步执行数据备份。使用同步方法还是异步方法，需要根据业务数据的重要性来决定，如果是一定不能丢失的数据，最好用同步方法，如果备份出现异常，会马上通知到调用线程然后执行补偿操作。
read-backup-data
副本直读数据[true|false]。当我们的集群中有一个map的备份数据后，这些备份数据也是分散存储在各个节点的。当某个节点需要读取数据时，read-backup-data设置为false表示只能从主表数据读取，设置为true表示可以从备份副本中读取数据。设置为true，可以提升数据的读取数据，因为在某个节点要读取某条数据时，该节点正好有该条数据，可以减少网络交互消耗。但是设置为trure可能会导致“数据脏读”。
in-memory-format
内存数据格式[BINARY|OBJECT]。
BINARY：这是默认配置。数据将被序列化成二进制的方式存储。如果在应用中Map的主要执行的都是像get和put这样的常规操作，建议使用这个配置。
OBJECT：数据将以非序列化的结构存储。这个配置有利于当Map中存储的对象比较复杂，对其进行序列化的成本较高时。当需要对存储复杂对象的Map条目进行大量查询时，建议使用OBJECT。
用一个场景来说明他们的区别。我们的对象都是存储在存储在每个节点中的，当某个节点需要get不在本地一条数据时，Hazelcast需要去其他节点获取数据。此时如果以二进制的方式存储，不用进行序列化，直接将数据进行传输，而如果以对象的方式存储，在传输之前，需要进行一次序列化操作，然后再传递数据。
eviction-policy
数据释放策略[NONE|LRU|LFU]。这是Map作为缓存的一个参数，用于指定数据的回收算法。默认为NONE。
NONE：当设置为NONE时，不会发生数据回收，同时max-size会失效。但是任然可以使用time-to-live-seconds和max-idle-seconds参数来控制数据留存时间。
LRU：“最近最少使用“策略。
LFU：“最不常用的使用”策略。
time-to-live-seconds（TTL）
数据留存时间[0~Integer.MAX_VALUE]。缓存相关参数，单位秒，默认为0。这个参数决定了一条数据在map中的停留时间。当数据在Map中留存超过这个时间并且没有被更新时，它会根据指定的回收策略从Map中移除。值为0时，意味着无求大。
max-idle-seconds
数据的最大空闲时间[0~Integer.MAX_VALUE]。缓存相关参数，单位秒，默认值为0。当条目的空闲时间大于这个数值时，将会被自动释放。条目的空闲是指没get、put、EntryProcessor.process或containsKey方法被调用。默认值为0，意味着无求大。
min-eviction-check-millis
分区数据释放检查周期[0~Integer.MAX_VALUE]。缓存先关参数，单位秒，默认值为100。前面提到了Hazelcast会对map存储的数据进行释放。为了移除这些数据，有一个轮询工作在不间断的执行。换一种说嘛，就是数据释放的频率。当设置为0时，每一次数据的put操作，都会导致一次数据释放执行。
max-size
Map中存储条目的最大值[0~Integer.MAX_VALUE]。默认值为0。当条目数量达到接近最大值时，map将基于配置的策略进行条目数据释放。如果期望max-size生效，必须eviction-policy将设置为NONE之外的其他值。max-size中包含一个属性参数——policy，他定义了max-size对应的存储策略，回收机制会根据这个策略检查数据。其值有[PER_NODE|PER_PARTITION|USED_HEAP_SIZE|USED_HEAP_PERCENTAGE|FREE_HEAP_SIZE|FREE_HEAP_PERCENTAGE]。
PER_NODE：max-size指定单个集群成员中map条目的最大数量。这是max-size的默认策略。如果使用这个配置，需要注意max-size的值必须大于分区的数量（默认为271）。
PER_PARTITION：max-size指定每个分区存储的map条目最大数。这个策略建议不要在小规模的集群中使用，因为小规模的集群，单个节点包含了大量的分区，在执行回收策略时，会去按照分区的划分组个检查回收条件，导致效率低下。
USED_HEAP_SIZE：指在每个Hazelcast实例中，max-size指定map所占用的内存堆的（以megabytes计算，兆字节）最大值。需要注意这个策略不能工作在in-memory-format=OBJECT，因为当数据被设置为OBJECT时，无法确定所占用的内存大小。
USED_HEAP_PERCENTAGE：每个Hazelcast实例中，max-size指定map占用内存堆的百分比。例如，JVM被设置有1000MB，而这个值设置为max-size=10，当map条目数占用的堆数据超过100MB时，Hazelcast开始执行数据释放工作。需要注意的是当使用这个策略时，不能将in-memory-format设置为OBJECT，理由同上。
FREE_HEAP_SIZE：max-size指定了单个JVM的堆最小空闲空间，单位为megabytes。
FREE_HEAP_PERCENTAGE：max-size指定单个JVM的最小空闲空间的百分比。例如JVM分配了1000MB的空间，这个值设置为10，当空闲堆只有100MB时，会引发map的数据清除放行为。
eviction-percentage
数据清理的百分比[0-100]。当触发数据清除条件，这个参数所配置的百分比MAP条目将被释放。例如设置为25，25%的条目将会被清除。将这个值设置较小时会导致Map中只有较少的条目被释放，导致Hazelcast频繁的执行数据清除操作。如果map的条目数据经常被添加，请将这个比率提高，默认为25。
Near Cache
Near cache是Hazelcast分布式Map重要的功能之一。根据前面的知识我们知道，Hazelcast的所有数据都是按照分区存储在每个集群节点之上的。假设集群中的一个节点需要根据key读取某条数据，而这些数据被放置在其他的节点。这样每次Map.get操作都会导致一次网络数据传输，如果节点分布较广、传输能力参差不齐，会导致大量的网络拥塞，进而影响每个节点的执行。尤其是某个map的读操作远远多于写操作时，我们可以考虑使用Near cache功能。Near cache会将那些被某个节点经常使用的数据存储到当前节点或“附近”节点，以此来减少过多的网络传输工作。使用Near cache也会导致一直问题出现，在使用之前，必须了解一下问题：
- 使用Near cache功能会导致集群中的成员额外存储缓存数据，会增加内存的消耗。
- Near cache会破坏数据一致性性，可能会出现“脏读”现象，因此在频繁写或数据一致性要求较高的应用中不建议使用。
- 建议在高频读操作的Map中启用Near cache功能，这样可以极大的提升执行效率。
Near cache的配置都在near-cache元素中。下面介绍Near cache的相关参数。
in-memory-format
与Map的in-memory-format配置一样，指定了Map在Near cache中的存储格式。参见前文介绍的in-memory-format功能。
max-size
Near cache缓存中存储的最大条目数[0~Integer.MAX_VALUE]。Near cache会根据eviction-policy指定的策略来释放数据。默认为0，表示不限定最大条目数。
time-to-live-seconds
单条数据在Near cache中的最大驻留时间[0~Integer.MAX_VALUE]。单位秒，默认为0。如果存储在Near cache中的某条数据在Near cache中的驻留时间（没有被更新）超过这个时间，则在执行数据回收时会被释放掉。值为0时表示永远不会过期。
max-idle-seconds
单条数据在Near cache中的最大失效时间[0~Integer.MAX_VALUE]。单位秒，默认值为0。如果存储在Near cache中的某条数据在指定时间内没有被读取，则认为该条数据失效。此时在执行数据回收时会释放掉该条数据。值为0时表示用于不会失效。
eviction-policy
数据释放策略，见前面 Map释放策略 的说明。
invalidate-on-change
设定当Near cache中的某条数据被更新或移除时，是否对其执行释放[true|false]。默认为true。
cache-local-entries
指定那些已经被存储在当前节点的数据条目，是否也进行Near cache缓存[true|false]。这个参数最大的作用在于，可以将Near cache的内存格式设定成和Map存储格式不一样的方式。默认为fasle。
MapStore数据持久化
后续得篇幅将介绍Hazelcast分布式Map的一些基础功能。这里先介绍如何对数据库进行数据读写。Hazelcast分布式Map的持久化数据读写通过MapStore来实现。请看下面这个例子：
先是一个配置文件，后面在说他的意义：
然后定义一个当Map发生数据读写时对数据库进行操作的MapStore类：
//https://github.com/chkui/hazelcast-demo/blob/master/src/main/java/org/palm/hazelcast/map/store/MapStoreExample.java
public class MapStoreExample implements MapStore {
Map store;
public MapStoreExample(){
store = new HashMap();
store.put(1, "Azeroth");
store.put(2, "Duskwood");
store.put(3, "Elwynn Forest");
store.put(4, "Deadwind Pass");
store.put(5, "Dead Mines");
store.put(6, "Grand Hamlet");
store.put(7, "Dark Portal");
store.put(8, "Ashenvale");
store.put(9, "Felwood");
store.put(10, "Orgrimmar");
}
@Override
public String load(Integer key) {//读取
if(store.size() < key){
key = 0;
}
return store.get(key);
}
@Override
public Map loadAll(Collection arg0) {//读取所有
return store;
}
@Override
public Iterable loadAllKeys() {// 读取所有键值
return store.keySet();
}
@Override
public void delete(Integer key) {// 删除键值
store.remove(key);
}
@Override
public void deleteAll(Collection list) {// 删除所有键值
list.forEach(key->store.remove(key));
}
@Override
public void store(Integer key, String value) {// 存储键值
store.put(key, value);
}
@Override
public void storeAll(Map map) {// 存储所有键值
store.putAll(map);
}
} 最后时一个测试main：
//https://github.com/chkui/hazelcast-demo/blob/master/src/main/java/org/palm/hazelcast/map/store/MapStoreExampleMain.java
public class MapStoreExampleMain {
public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
//加载配置
Config config = new ClasspathXmlConfig("org/palm/hazelcast/map/store/mapStoreConfig.xml");
//创建Hazelcast实力
HazelcastInstance ins = Hazelcast.newHazelcastInstance(config);
//获取Map
Map map = ins.getMap("demo");
println(map.get(1));//输出第一条数据
map.put(11, "Moonbrook");//添加一条数据
println(map.get(11));//输出第一条数据
map.remove(11);//移除添加的数据
println(map.get(11));//输出被移除的数据
}
static private void println(Object obj){
System.out.println(obj);
}
} 仔细看代码例子的兄弟应该明白怎么回事了吧。配置文件中
MapStore支持Read-Through、Write-Through、Write-Behind模式（不太清楚这几个模式的含义，请看本人的关于他们的介绍：Hazelcast缓存模式。）。
当我们使用Map::get根据key获取数据时，如果key对应的数据不存在，那么Hazelcast会调用已经注册的Mapstore中的load方法，而在load方法中我们可以中任意位置读取数据，并返回。随后Map会将返回的数据写日自己的缓存，然后返回给调用者。这样就实现了Read-Through模式。
write-delay-seconds
我们可以使用
当设定
当设置
使用什么模式，请根据你的业务要求设置。下面是其他几个参数的含义。
write-batch-size
批量更新参数[0~Integer.MAX_VALUE]。这个参数用于指定当累计多少次更新数据之后再调用Mapstore::store一次性写入数据库。例如设置为50，只有调用50次Map::put方法后，Hazelcast才会去调用一次storeAll，并且传入所有的更新数据。如果运行我上面提供的例子，你会发现MapStoreExample的store和remove方法并没有被调用。
write-coalescing
标记是否执行所有更新[true|false]。默认为true。用于标记Mapstore::store是否获取所有的更新。在Write-Behind模式下，在延迟的时间中，可能已经对某个key对应的value值进行了多次更新，若参数设定为true，表示只传递最后一次更新给Mapstore::store(Mapstore::storeAll)。如果设置为false，会将所有的更新传递给Mapstore::storeAll。
enabled属性
表示是否启用Mapstore[true|false]。
initial-mode属性
初始化模式[LAZY|EAGER]。默认为LAZY，在此参数下，会对Mapstore执行异步初始化。当设置为“EAGER”时, 初始化过程将被阻塞，直到加载完成。
除了上面的配置，我们可以通过Mapstore::loadAllKeys方法来设定当Map初始化时，要加载的数据。如果loadAllKeys返回null，则不预加载任何数据。因此我们可以在loadAllKeys方法中指定当Map初始化时需要先加载的数据。
Map拦截器（Interceptors）
我们可以为Map的所有方法添加拦截器，拦截器类似于AOP机制。对某些方法增加拦截器后，当这些方法被调用时，会根据拦截器的配置进入拦截器。拦截器都的代码都是会组赛线程的，也就是说我们我们在拦截器中处理完某些事物后，必须马上返回。因为组赛了线程，拦截器的功能强大，可以对返回值、更新值进行任何修改。
拦截器采取链式操作，也就是说可以为一个方法增加多个拦截器，这些拦截器会根据添加的次序逐个被调用。Hazelcast会根据拦截器的hashCode()方法来判断是否是同一个拦截器，如果是具有相同的hashcode，则认为是同一个拦截器，不会被添加。因此建议最好根据需要重载hashcode方法，以免重复添加相同的拦截器。
下面是一个代码的例子，首先是实现了一个拦截器：
// https://github.com/chkui/hazelcast-demo/blob/master/src/main/java/org/palm/hazelcast/map/interceptor/InterceptorExample.java
public class InterceptorExample implements MapInterceptor, Serializable {
private static final long serialVersionUID = -7591859317633144192L;
@Override
/**拦截get。可以返回其他值来替换原有值。返回null将不影响原有操作。 */
public Object interceptGet(Object obj) {
prinfln("get : " + obj);
return obj;
}
@Override
/**在get操作执行完毕后被调用。*/
public void afterGet(Object obj) {
prinfln("after get : " + obj);
}
@Override
/**拦截put。返回的值会设置到map中。返回null时原有的put数据不会发生任何改变。 抛出异常会取消put操作。 */
public Object interceptPut(Object oldValue, Object newValue ) {
prinfln("put old value : " + oldValue);
prinfln("put new value : " + newValue);
return newValue;
}
@Override
/**在put操作执行完毕后被调用。*/
public void afterPut(Object obj) {
prinfln("after put : " + obj);
}
@Override
/**拦截remove。返回被删除对象或null将继续执行删除。 抛出异常会取消remove操作。 */
public Object interceptRemove(Object obj) {
prinfln("remove : " + obj);
return null;
}
@Override
/**在remove操作执行完毕后被调用。*/
public void afterRemove(Object obj) {
prinfln("afrer remove : " + obj);
}
private void prinfln(Object obj){
System.out.println(obj);
}
}Map拦截器的拦截器需要实现MapInterceptor接口。这些接口提供了针对get、put、remove实现了拦截。然后下面是一个使用的例子：
public class InterceptorDemo {
public static void main(String[] args) {
HazelcastInstance ins = Hazelcast.newHazelcastInstance();
IMap imap = ins.getMap("");
imap.addInterceptor(new InterceptorExample());// 添加拦截器
imap.put(1, "Mei");
imap.put(1, "Tracer");
imap.put(1, "D.va");
imap.put(1, "Mercy");
imap.get(1);
imap.remove(1);
System.out.println(imap.get(1));
}
} 我们使用IMap接口来获取map实例。然后使用IMap::addInterceptor方法来增加前面实现的拦截器。随后，所有针对这个Map的get、put、remove都会进入我们设定的拦截器。IMap::removeInterceptor可以用来移除一个拦截器。
Map事件监听器
除了拦截器，Hazelcast还有监听器。监听器和拦截器的区别在于：拦截器会嵌入到业务流程中去，拦截器可以在处理数据的过程中改变数据和行为。而监听器并不会摄入到处理逻辑中，他只是观察到发生某个事件后，通知我们注册的监听器。下面还是同一个代码的例子说明监听器，先创建一个监听器：
// https://github.com/chkui/hazelcast-demo/blob/master/src/main/java/org/palm/hazelcast/map/listener/ListenerExample.java
public class ListenerExample implements EntryAddedListener, EntryRemovedListener, EntryUpdatedListener {
@Override
public void entryUpdated(EntryEvent entry) {//监听更新数据
print("put entry. key = " + entry.getKey() + ". value = " + entry.getValue());
}
@Override
public void entryRemoved(EntryEvent entry) {//监听移除数据
print("remove entry. key = " + entry.getKey() + ". value = " + entry.getValue());
}
@Override
public void entryAdded(EntryEvent entry) {//监听新增数据
print("add entry. key = " + entry.getKey() + ". value = " + entry.getValue());
}
private void print(Object obj){
System.out.println(obj);
}
} 一个监听器可以实现多个监听接口，除了例子中的接口，还有EntryEvictedListener（释放单条数据）、MapEvictedListener（清除Map数据）、MapClearedListener（清空Map数据）等。
至此，Hazelcasl分布式Map的基本功能就介绍完毕了。除了本文介绍的内容，Map还有使用断言监听特定数据、使用分区监听器监听分区变化等功能，这里就不深入展开了，如果你有需要，可以给我留言，我们一起讨论学习。
希望阅读本文之后，在使用Hazelcast时能对你有所帮助。也是把本文当作工具类API文档随时查阅。