多级缓存的实现方案

本文技术结构

上一篇文章已经实现了jvm的进程缓存，这里就不再赘述，感兴趣的朋友请前往查看

jvm进程缓存实现_weixin_42231329的博客-CSDN博客

由于是使用nginx编写程序，所以要使用lua语言。这里只对本文所用的lua语法做简单介绍。 

lua语法

数据类型

 变量

循环

需要注意的是：遍历数组是 ipairs；遍历table是pairs 

函数

条件控制

其实还是跟java很类似的， 然后也能够找到vue的身影，所以说开发语言其实都是有一点相似度的，精通任意一门语言后其它的语言还是很好入门的。

OpenResty的环境搭建与使用

环境搭建

安装OpenResty的依赖开发库
yum install -y pcre-devel openssl-devel gcc --skip-broken
安装OpenResty仓库
yum-config-manager --add-repo https://openresty.org/package/centos/openresty.repo
这一步的时候有可能会提示命令不存在的错误，那么就需要先进性安装工具包
yum install -y yum-utils
安装软件包
yum install -y openresty
安装opm工具
opm是OpenResty的一个管理工具，可以帮助我们安装一个第三方的Lua模块。
yum install -y openresty-opm
默认情况下，OpenResty安装的目录是：/usr/local/openresty，具体如下：
[root@localhost luaHome]# cd /usr/local/openresty/
[root@localhost openresty]# tree
.
├── bin
├── COPYRIGHT
├── luajit
├── nginx
│   ├── conf
│   ├── html
│   ├── logs
│   └── sbin
│       └── nginx
├── resty.index
├── site
└── zlib
88 directories, 329 files

查询目录下的nginx目录，会发现OpenResty就是在Nginx基础上集成了一些Lua模块。

所以直接启动nginx就可以了,启动之前可以先更改端口号为8081，方便本地的nginx反向代理至虚拟机中的OpenResty

cd /usr/local/openresty/nginx/sbin

./nginx 

或者启动/usr/local/openresty/bin/openresty  也是可以的，因为这个文件做了软连接

openresty -> /usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx

浏览器中访问

出现这个页面后，那么恭喜你，你已经openResty入门了！

 实现反向代理

接下来在本地中安装一个nginx，反向代理至虚拟机中的OpenResty就可以了

在正式玩OpenResty之前先创建一个web项目，就是简单的实现两个get请求，/item/{id},/item/stock/{id}  同样实现数据库请求就可以，这里就不赘述了。

下面的所有涉及到nginx修改的操作都是在虚拟中进行的，本地的nginx只是一个反向代理。将所有的请求都代理至虚拟机的nginx中。所以更改配置文件运行后就不做任何修改了。

先将本地的nginx.conf 贴出来

​
#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;

    upstream nginx-cluster{

       #这里是可以配置成集群的，当前的集群中只做一台，方便演示，记得换成自己的虚拟机IP

        server 192.168.0.3:8081;

    }

    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;

        }

    }

}

​

openResty获取请求参数

参数格式	参数示例	参数解析代码示例
路径占位符	/item/1	①正则表达式： location ~ /item/(\d+) { content_by_lua_file lua/item.lua; } ②匹配到的参数会自动存贮在ngx.var数组中，直接获取 local id = ngx.var[1] -- 前面有介绍过，数组的获取是从角标1开始
请求头	id:1	-- 获取请求头，返回的的table类型，也就是相当于map local headers = ngx.req.get_headers()
get请求参数	?id=1	-- 获取get请求，返回值是table类型 local getParams = ngx.req.get_post_args()
post表单参数	id=1	--获取请求体 local postBody = ngx.req.read_body() --获取post表单参数，返回的是table类型 local postParams = ngx.req.get_post_args()
json参数	{"id":1}	--获取body中的json参数，返回的是string类型 local jsonBody = ngx.req.get_body_data()

修改nginx.conf

修改虚拟机中的nginx.conf 
在http中添加
#lua 模块 加载
lua_package_path "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;;";
#c模块     记载
lua_package_cpath "/usr/local/openresty/lualib/?.so;;";
#在server中添加监听
location ~ /api/item/(\d+) {
      #默认的响应类型
      default_type application/json;
      #相应结果由lua/item.lua文件来决定的
     content_by_lua_file lua/item.lua;
 }

编写lua公用函数

新建 /use/local/openresty/lualib/common.lua 文件

-- 封装函数，发送请求(默认为get请求)，并解析响应数据
local funcation read_http(path,params)
    --path 就是请求的路径，这个路径会被nginx监听到，然后反向代理至本地服务中
    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 not found, path: ", path , ", args: ", args)
        ngx.exit(404)
    end
    return resp.body    
end
-- 将方法导出
local _M = {  
    read_http = read_http
}  
return _M

编写业务lua文件

新增item.lua文件，并编辑
文件所在路径： /usr/local/openresty/nginx/lua/item.lua
调用之前编写的函数

--导入common函数库
local common = require('common')
local read_http = common.read_http
--导入cjson
local cJson = require('cjson')
-- 获取路径参数
local id = ngx.var[1]
--查询商品
local itemJSON = read_http("/item/" .. id , nil)
--查询库存
local stockJSON = read_http("/item/stock/" .. id , nil)
--拼接数据,要先将json数据转成lua的table数据
local item = cJson.decode(itemJSON)
local stock = cJson.decode(stockJSON)
item.stock = stock.stock
item.sold = stock.sold
local result = cJson.encode(item)
--返回结果
ngx.say(result)

read_http的path是由nginx发起的，它无法直接到达服务器，所以需要新增这个路径的监听代码

nginx.conf 文件中新增监听代码
upstream tomcat-cluster{
        # 由于nginx是采用轮询的机制，所以会出现，同一个key到多台服务器中查询，增加了服务器的负载，浪费了内存。
        # 为提高集群的缓存命中率，实现同一个key永远访问同一台服务器，需要修改nginx的负载均衡算法
        hash $request_uri; # request_uri:请求路径 ； hash：对路径进行hash运算，只要hash值不变，那么就可以确保永远访问同一台服务器，类似于redis的散列插槽
        server 192.168.0.14:8081;
        server 192.168.0.14:8082;
    }

location /item {
            proxy_pass http://tomcat-cluster;
        }

测试运行

ok！全部编辑完成，进行测试。

先跳过本地nginx的代理，直接访问虚拟机中的代理

在浏览器中进行访问

单独访问item接口

 单独访问stock接口

 不难发现，其实item中是包含了stock的字段的。

那么现在访问本地nginx

确认一下编写的业务lua文件是否成功将两个接口中的数据拼接成功

 ok！OpenResty就完成搭建并且能够熟练操作了。你已经精通了啊！

redis缓存搭建

redis预热

为了减轻服务器的压力，所以应该是nginx缓存未命中的情况下先查找redis缓存，未命中的情况下再查找jvm缓存，再次未命中的情况下再查找数据库。所以先来搭建redis缓存。

首先实现redis的预热。这个是需要在intellij中实现的。

pom文件中引入依赖

        
            org.springframework.boot
            spring-boot-starter-data-redis
        

编写配置类

@Component
public class RedisHandler implements InitializingBean {

    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;
    @Autowired
    private ItemService itemService;

    @Autowired
    private ItemStockService stockService;

    private final static ObjectMapper MAPPER = new ObjectMapper();
    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        //初始化缓存
        List itemList = itemService.list();
        System.out.println("itemlist : "+itemList.size());
        for (Item item : itemList){
            String json = MAPPER.writeValueAsString(item);
            redisTemplate.opsForValue().set("item:id:"+item.getId(), json);
        }

        List stockList = stockService.list();
        for (ItemStock stock : stockList){
            String json = MAPPER.writeValueAsString(stock);
            redisTemplate.opsForValue().set("item:stock:id:"+stock.getId(), json);
        }
    }
}

编写yml文件

spring:
  redis:
    host: 192.168.0.3
    port: 16379

重起项目，查看redis数据库，数据已经加载成功了。

使用openResty操作查询redis缓存

公用函数文件中编写redis缓存操作函数

--导入redis模块  单机
local redis = require "resty.redis"
--创建redis对象
local redisObj = redis:new()
--设置redis超时时间(建立链接超时时间  发送请求超时时间  响应结果超时时间) 单位：毫秒
redisObj:set_timeouts(1000,1000,1000)

-- 管理redis连接池   单机
local function redis_pool(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   单机
local function read_redis(ip, port, key)
    -- 获取一个连接
    local ok, err = redisObj:connect(ip, port)
    if not ok then
        ngx.log(ngx.ERR, "连接redis失败 : ", err)
        return nil
    end
    -- 查询redis
    local resp, err = redisObj: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
    redis_pool(redisObj)
    return resp
end

方法封装完毕后，在业务lua中调用

function read_data(key,path,params)
    --先查询redis
    local resp = read_redis('127.0.0.1',16379,key)
    if not resp then
        --redis中查询不到再查询jvm线程缓存
        resp = read_http(path,params)
        ngx.log(ngx.ERR, "redis 查询失败，尝试查询http, key: ", key )
    end
    return resp
end
--查询商品
local itemJSON = read_data("item:id:" .. id,"/item/" .. id , nil)
--查询库存
local stockJSON = read_data("item:stock:id:" .. id,"/item/stock/" .. id , nil)

在浏览器中测试，结果正常返回，且nginx中没有报错，说明是正常查询的redis。

接下来，将10001这个key从redis中删除，再进行测试，主要查看nginx的报错日志

item.lua:13: read_data(): redis 查询失败，尝试查询http, key: item:id:10001 while sending to client, client: 192.168.0.14, server: localhost, request: "GET /api/item/10001 HTTP/1.0", host: "nginx-cluster"

这就可以证明，在redis缓存未命中的情况下，会自动去查询tomcat。

nginx本地缓存使用

直接在nginx.conf的http中添加配置

lua_shared_dict nginx_item_cache 200m;

到业务lua中编写操作nginx本地缓存的代码：

--封装查询函数
function read_data(key,path,params,expire)
    local val = nginx_item_cache:get(key)
    if not val then
        ngx.log(ngx.ERR, "本地缓存查询失败，尝试查询redis, key: ", key )
        val = read_redis('127.0.0.1',16379,key)
        if not val then
            val = read_http(path,params)
            ngx.log(ngx.ERR, "redis 查询失败，尝试查询http, key: ", key )
        end
    end    
    -- set方法，指定 key  value  过期时间单位秒
    nginx_item_cache:set(key,val,expire)
    return val
end
--查询商品
local itemJSON = read_data("item:id:" .. id,"/item/" .. id , nil,20)
--查询库存
local stockJSON = read_data("item:stock:id:" .. id,"/item/stock/" .. id , nil,10)

reload之后进行测试，浏览器请求后发现，先进行本地缓存的查询，再查询redis缓存，未命中再去查询jvm进程缓存

[lua] item.lua:13: read_data(): 本地缓存查询失败，尝试查询redis, key: item:id:10001, client: 192.168.0.14, server: localhost, request: "GET /api/item/10001 HTTP/1.0", host: "nginx-cluster"
[lua] common.lua:36: read_redis(): 查询Redis数据为空, key = item:id:10001, client: 192.168.0.14, server: localhost, request: "GET /api/item/10001 HTTP/1.0", host: "nginx-cluster"
[lua] item.lua:17: read_data(): redis 查询失败，尝试查询http, key: item:id:10001 while sending to client, client: 192.168.0.14, server: localhost, request: "GET /api/item/10001 HTTP/1.0", host: "nginx-cluster"

在我们设置的有效期内都只会从本地缓存中获取，超时后，将再次去redis查询，之后存入nginx本地缓存。

ok！以上就是多级缓存的简单实现！

下一次准备玩一下缓存同步！

关于redis_cluster的配置方式，请各位看官老爷评论交流！