多级缓存

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传统的缓存策略一般是请求到达Tomcat后,先查询Redis,如果未命中则查询数据库 ,会存在以下问题。

1.请求要经过Tomcat处理,Tomcat的性能成为整个系统的瓶颈

2.Redis缓存失效时,会对数据库产生冲击

多级缓存就是充分利用请求处理的每个环节,分别添加缓存,减轻Tomcat压力,提升服务性能

浏览器访问静态资源时,优先读取浏览器本地缓存

访问非静态资源(ajax查询数据)时,访问服务端

请求到达Nginx后,优先读取Nginx本地缓存

如果Nginx本地缓存未命中,则去直接查询Redis(不经过Tomcat)

如果Redis查询未命中,则查询Tomcat

请求进入Tomcat后,优先查询JVM进程缓存

如果JVM进程缓存未命中,则查询数据库

在多级缓存架构中,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服务器了。

因此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 如下图:

多级缓存的关键有两个:

  • 一个是在nginx中编写业务,实现nginx本地缓存、Redis、Tomcat的查询

  • 另一个就是在Tomcat中实现JVM进程缓存

缓存在日常开发中启动至关重要的作用,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HashMap、GuavaCache:

    • 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

利用Caffeine框架来实现JVM进程缓存。

Caffeine是一个基于Java8开发的,提供了近乎最佳命中率的高性能的本地缓存库。目前Spring内部的缓存使用的就是Caffeine。

缓存使用的基本API:

@Test
void testBasicOps() {
    // 构建cache对象
    Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder().build();

    // 存数据
    cache.put("gf", "迪丽热巴");

    // 取数据
    String gf = cache.getIfPresent("gf");
    System.out.println("gf = " + gf);

    // 取数据,包含两个参数:
    // 参数一:缓存的key
    // 参数二:Lambda表达式,表达式参数就是缓存的key,方法体是查询数据库的逻辑
    // 优先根据key查询JVM缓存,如果未命中,则执行参数二的Lambda表达式
    String defaultGF = cache.get("defaultGF", key -> {
        // 根据key去数据库查询数据
        return "柳岩";
    });
    System.out.println("defaultGF = " + defaultGF);
}

Caffeine既然是缓存的一种,肯定需要有缓存的清除策略,不然的话内存总会有耗尽的时候。

Caffeine提供了三种缓存驱逐策略:

基于容量:设置缓存的数量上限

// 创建缓存对象
Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()
    .maximumSize(1) // 设置缓存大小上限为 1
    .build();

基于时间:设置缓存的有效时间

// 创建缓存对象
Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()
    // 设置缓存有效期为 10 秒,从最后一次写入开始计时 
    .expireAfterWrite(Duration.ofSeconds(10)) 
    .build();

基于引用:设置缓存为软引用或弱引用,利用GC来回收缓存数据。性能较差,不建议使用。

注意:在默认情况下,当一个缓存元素过期的时候,Caffeine不会自动立即将其清理和驱逐。而是在一次读或写操作后,或者在空闲时间完成对失效数据的驱逐。


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