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learn.lianglianglee.com/专栏/SpringCloud微服务实战（完）/10 如何高效读取计费规则等热数据——分布式缓存.md.html
周伟 0f006e4e9b add
2022-05-11 18:57:05 +08:00

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</li>
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</li>
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<a href="/专栏/SpringCloud微服务实战（完）/23 结束语.md.html">23 结束语.md.html</a>
</li>
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<div class="book-post">
<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>10 如何高效读取计费规则等热数据——分布式缓存</h1>
<p>前几章节主要聚集于会员与积分模块的业务功能，引领大家尝试了服务维护、配置中心、断路器、服务调用等常见的功能点，本章节开始进入核心业务模块——停车计费，有两块数据曝光率特别高：进场前的可用车位数和计费规则，几乎每辆车都进出场都用到，这部分俗称为热数据：经常会用到。读关系库很明显不是最优解，引入缓存才是王道。</p>
<h3>分布式缓存</h3>
<p>这里仅讨论软件服务端的缓存，不涉及硬件部分。缓存作为互联网分布式开发两大杀器之一（另一个是消息队列），应用场景相当广泛，遇到高并发、高性能的案例，几乎都能看到缓存的身影。</p>
<p><img src="assets/2020-05-05-021601.jpg" alt="img" /></p>
<p>从应用与缓存的结合角度来区分可以分为本地缓存和分布式缓存。</p>
<p>我们经常用 Tomcat 作为应用服务，用户的 session 会话存储，其实就是缓存，只不过是本地缓存，如果需要实现跨 Tomcat 的会话应用，还需要其它组件的配合。Java 中我们应经用到的 HashMap 或者 ConcurrentHashMap 两个对象存储，也是本地缓存的一种形式。Ehcache 和 Google Guava Cache 这两个组件也都能实现本地缓存。单体应用中应用的比较多，优势很明显，访问速度极快；劣势也很明显，不能跨实例，容量有限制。</p>
<p>分布式场景下，本地缓存的劣势表现的更为突出，与之对应的分布式缓存则更能胜任这个角色。软件应用与缓存分离，多个应用间可以共享缓存，容量扩充相对简便。有两个开源分布式缓存产品：memcached 和 Redis。简单介绍下这两个产品。</p>
<p>memcached 出现比较早的缓存产品，只支持基础的 key-value 键值存储，数据结构类型比较单一，不提供持久化功能，发生故障重启后无法恢复，它本身没有成功的分布式解决方案，需要借助于其它组件来完成。Redis 的出现，直接碾压 memcached ，市场占有率节节攀升。</p>
<p>Redis 在高效提供缓存的同时，也支持持久化，在故障恢复时数据得已保留恢复。支持的数据类型更为丰富，如 string , list , set , sorted set , hash 等，Redis 自身提供集群方案，也可以通过第三方组件实现，比如 Twemproxy 或者 Codis 等等，在实际的产品应用中占有很大的比重。另外 Redis 的客户端资源相当丰富，支持近 50 种开发语言。</p>
<p>本案例中的热数据采用 Redis 来进行存储，在更复杂的业务功能时，可以采用本地缓存与分布式缓存进行混合使用。</p>
<h3>Redis 应用</h3>
<h4>Redis 安装配置</h4>
<p>官网地址：<a href="https://redis.io/">https://redis.io/</a>，当前最新版已到 5.0.7，Redis 提供了丰富了数据类型、功能特性，基本能够覆盖日常开发运维使用，简单的命令行使学习曲线极低，可以快速上手实践。提供了丰富语言客户端，供使用者快速的集成到项目中。</p>
<p><img src="assets/2020-05-05-021602.jpg" alt="img" /></p>
<p>(图片来源于 redis 官网，<a href="https://redis.io/clients">https://redis.io/clients</a>)</p>
<p>下面来介绍如何安装 redis：</p>
<ol>
<li>下载编译过的二进制安装包，本案例中使用的版本是 4.0.11。</li>
</ol>
<pre><code class="language-shell">$ wget http://download.redis.io/releases/redis-4.0.11.tar.gz
$ tar xzf redis-4.0.11.tar.gz
$ cd redis-4.0.11
$ make
</code></pre>
<ol>
<li>配置，默认情况下 redis 的的配置安全性较弱，无密码配置的，端口易扫描。若要修改默认配置，可修改 redis.conf 文件。</li>
</ol>
<blockquote>
<h1>可以修改默认端口 6379</h1>
<p>port 16479</p>
<h1>redis 默认情况下不是以后台程序的形式运行，需要将开关打开</h1>
<p>daemonize yes</p>
<h1>打开需要密码开发，设置密码</h1>
<p>requirepass zxcvbnm,./</p>
</blockquote>
<ol>
<li>启动 redis</li>
</ol>
<blockquote>
<h1>启动时，加载配置文件</h1>
<p>appledeMacBook-Air:redis-4.0.11 apple$ src/redis-server redis.conf 59464:C 07 Mar 10:38:15.284 # oO0OoO0OoO0Oo Redis is starting oO0OoO0OoO0Oo 59464:C 07 Mar 10:38:15.285 # Redis version=4.0.11, bits=64, commit=00000000, modified=0, pid=59464, just started 59464:C 07 Mar 10:38:15.285 # Configuration loaded</p>
<h1>命令行测试</h1>
<p>appledeMacBook-Air:redis-4.0.11 apple$ src/redis-cli -p 16479</p>
<h1>必须执行 auth 命令，输入密码，否则无法正常使用命令</h1>
<p>127.0.0.1:16479&gt; auth zxcvbnm,./ OK 127.0.0.1:16479&gt; dbsize (integer) 51 127.0.0.1:16479&gt;</p>
</blockquote>
<p>至此，redis 服务安装完成，下面就可以将缓存功能集成到项目中去。有小伙伴可能会说通过命令方式操作 redis 远不如图形化管理界面直观，活跃的同学们早已提供对应的工具供大家使用，比如 Redis Manager 等。</p>
<h4>集成 Spring Data Redis</h4>
<p>此次实践采用 Spring Data 项目家族中的 Spring Data Redis 组件与 Redis Server 进行交互通信，与 Spring Boot 项目集成时，采用 starter 的方式进行。</p>
<p>Spring Boot Data Redis 依赖于 Jedis 或 lettuce 客户端，基于 Spring Boot 提供一套与客户端无关的 API ，可以轻松将一个 redis 切换到另一个客户端，而不需要修改业务代码。</p>
<p>计费业务对应的项目模块是 parking-charging，在 pom.xml 文件中引入对应的 jar，这里为什么没有 version 呢，其实已经在 spring-boot-dependencies 配置中约定，此处无须再特殊配置。</p>
<pre><code class="language-xml">&lt;!-- 鼠标放置上面有弹出信息提示：The managed version is 2.1.11.RELEASE The artifact is managed in org.springframework.boot:spring-boot-dependencies:2.1.11.RELEASE --&gt;
&lt;dependency&gt;
&lt;groupId&gt;org.springframework.boot&lt;/groupId&gt;
&lt;artifactId&gt;spring-boot-starter-data-redis&lt;/artifactId&gt;
&lt;/dependency&gt;
</code></pre>
<p>可以通过编写 Java 代码，进行 <a href="">@Configuration </a> 注解配置，也可以使用配置文件进行。这里使用配置文件的方式。在 application.properties 中配置 redis 连接，这里特殊指定了 database ，Redis 默认有 16 个数据库，从 0 到 15 ，可以提供有效的数据隔离，防止相互污染。</p>
<pre><code class="language-properties">#redis config
spring.redis.database=1
spring.redis.host=localhost
spring.redis.port=16479
#default redis password is empty
spring.redis.password=zxcvbnm,./
spring.redis.timeout=60000
spring.redis.pool.max-active=1000
spring.redis.pool.max-wait=-1
spring.redis.pool.max-idle=10
spring.redis.pool.min-idle=5
</code></pre>
<p>基于 Spring Boot 的约定优于配置的原则，按如下方式配置后，redis 已经可以正常的集成在项目中。</p>
<p>编写服务类 RedisServiceImpl.java ，基于 Spring Boot Data Redis 项目中封装的 RedisTemplate 就可以与 redis 进行通信交互，本示例仅以简单的基于 string 数据格式的 key-value 方式进行。</p>
<pre><code class="language-java">@Slf4j
@Service
public class RedisServiceImpl implements RedisService {
@Autowired
RedisTemplate&lt;Object, Object&gt; redisTemplate;
@Override
public boolean exist(String chargingrule) {
ValueOperations&lt;Object, Object&gt; valueOperations = redisTemplate.opsForValue();
return valueOperations.get(chargingrule) != null ? true : false;
}
@Override
public void cacheObject(String chargingrule, String jsonString) {
redisTemplate.opsForValue().set(chargingrule, jsonString);
log.info(&quot;chargingRule cached!&quot;);
}
}
</code></pre>
<p>redis 对比 memcached 支持的数据类型更为丰富，RedisTemplate 的 API 中同样提供了对应的操作方法，如下：</p>
<p><img src="assets/7a44c830-9292-11ea-9b04-0da7e61a36ad" alt="img" /></p>
<h4>加载数据至缓存中</h4>
<p>项目第一次启动，如何将数据库写入 cache 中去的呢？建议在项目启动时就加载缓存，待数据变更后再回刷缓存。项目启动后就加载，Spring Boot 提供了两种方式在项目启动时就加载的方式供大家使用：ApplicationRunner 与 CommandLineRunner，都是在 Spring 容器初始化完毕之后执行起 run 方法，两者最明显的区别就是入参不同。</p>
<p>本例子中采用 ApplicationRunner 方式</p>
<p>初始化计费规则 cache ：</p>
<pre><code class="language-java">@Component
@Order(value = 1)//order 是加载顺序，越小加载越早，若有依赖关于，建议按顺序排列即可
public class StartUpApplicationRunner implements ApplicationRunner {
@Autowired
RedisService redisService;
@Autowired
ChargingRuleService ruleService;
@Override
public void run(ApplicationArguments args) throws Exception {
List&lt;ChargingRule&gt; rules = ruleService.list();
//ParkingConstant 为项目中常量类
if (!redisService.exist(ParkingConstant.cache.chargingRule)) {
redisService.cacheObject(ParkingConstant.cache.chargingRule, JSONObject.toJSONString(rules));
}
}
}
</code></pre>
<p>项目启动后，用 redis 客户端查看缓存中是否有数据。</p>
<pre><code class="language-shell">appledeMacBook-Air:redis-4.0.11 apple$ src/redis-cli -p 16479
127.0.0.1:16479&gt; auth zxcvbnm,./
OK
127.0.0.1:16479&gt; select 1
OK
127.0.0.1:16479[1]&gt; keys *
1) &quot;\xac\xed\x00\x05t\x00\aruleKey&quot;
</code></pre>
<p>发现 Key 值前面有一堆类似乱码的东西 <em>\xac\xed\x00\x05t\x00\a</em>，这是 unicode 编码， 由于 redisTemplate 默认的序列化方式为 jdkSerializeable，存储时存储二进制字节码，但不影响数据。此处需要进行重新更改序列化方式，以便按正常方式读取。</p>
<pre><code class="language-java">@Component
public class RedisConfig {
@Bean
public RedisTemplate&lt;Object, Object&gt; redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
RedisTemplate&lt;Object, Object&gt; redisTemplate = new RedisTemplate&lt;&gt;();
redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
Jackson2JsonRedisSerializer&lt;Object&gt; jackson2JsonRedisSerializer = new Jackson2JsonRedisSerializer&lt;Object&gt;(Object.class);
ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
objectMapper.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);
objectMapper.enableDefaultTyping(ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL);
jackson2JsonRedisSerializer.setObjectMapper(objectMapper);
//重新设置值序列化方式
redisTemplate.setValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
//重新设置 key 序列化方式，StringRedisTemplate 的默认序列化方式就是 StringRedisSerializer
redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
redisTemplate.afterPropertiesSet();
return redisTemplate;
}
}
</code></pre>
<p>将计费规则清除，采用 flushdb（慎用，会清楚当前 db 下的所有数据，另一个 flush 命令会将所有库清空，更要慎用）重新启动项目，再次加载计费规则。</p>
<p><img src="assets/2020-05-05-021605.jpg" alt="img" /></p>
<pre><code class="language-shell">appledeMacBook-Air:redis-4.0.11 apple$ src/redis-cli -p 16479
127.0.0.1:16479&gt; auth zxcvbnm,./
OK
127.0.0.1:16479&gt; select 1
OK
127.0.0.1:16479[1]&gt; keys *
1) &quot;ruleKey&quot;
127.0.0.1:16479[1]&gt; get ruleKey
&quot;\&quot;[{\\\&quot;createBy\\\&quot;:\\\&quot;admin\\\&quot;,\\\&quot;createDate\\\&quot;:1577467568000,\\\&quot;end\\\&quot;:30,\\\&quot;fee\\\&quot;:0.0,\\\&quot;id\\\&quot;:\\\&quot;41ed927623cf4a0bb5354b10100da992\\\&quot;,\\\&quot;remark\\\&quot;:\\\&quot;30\xe5\x88\x86\xe9\x92\x9f\xe5\x86\x85\xe5\x85\x8d\xe8\xb4\xb9\\\&quot;,\\\&quot;start\\\&quot;:0,\\\&quot;state\\\&quot;:1,\\\&quot;updateDate\\\&quot;:1577467568000,\\\&quot;version\\\&quot;:0},{\\\&quot;createBy\\\&quot;:\\\&quot;admin\\\&quot;,\\\&quot;createDate\\\&quot;:1577467572000,\\\&quot;end\\\&quot;:120,\\\&quot;fee\\\&quot;:5.0,\\\&quot;id\\\&quot;:\\\&quot;41ed927623cf4a0bb5354b10100da993\\\&quot;,\\\&quot;remark\\\&quot;:\\\&quot;2\xe5\xb0\x8f\xe6\x97\xb6\xe5\x86\x85\xef\xbc\x8c5\xe5\x85\x83\\\&quot;,\\\&quot;start\\\&quot;:31,\\\&quot;state\\\&quot;:1,\\\&quot;updateDate\\\&quot;:1577467572000,\\\&quot;version\\\&quot;:0},{\\\&quot;createBy\\\&quot;:\\\&quot;admin\\\&quot;,\\\&quot;createDate\\\&quot;:1577468046000,\\\&quot;end\\\&quot;:720,\\\&quot;fee\\\&quot;:10.0,\\\&quot;id\\\&quot;:\\\&quot;4edb0820241041e5a0f08d01992de4c0\\\&quot;,\\\&quot;remark\\\&quot;:\\\&quot;2\xe5\xb0\x8f\xe6\x97\xb6\xe4\xbb\xa5\xe4\xb8\x8a12\xe5\xb0\x8f\xe6\x97\xb6\xe4\xbb\xa5\xe5\x86\x85\xef\xbc\x8c10\xe5\x85\x83\\\&quot;,\\\&quot;start\\\&quot;:121,\\\&quot;state\\\&quot;:1,\\\&quot;updateDate\\\&quot;:1577468046000,\\\&quot;version\\\&quot;:0},{\\\&quot;createBy\\\&quot;:\\\&quot;admin\\\&quot;,\\\&quot;createDate\\\&quot;:1577475337000,\\\&quot;end\\\&quot;:1440,\\\&quot;fee\\\&quot;:20.0,\\\&quot;id\\\&quot;:\\\&quot;7616fb412e824dcda41ed9367feadfda\\\&quot;,\\\&quot;remark\\\&quot;:\\\&quot;12\xe6\x97\xb6\xe8\x87\xb324\xe6\x97\xb6\xef\xbc\x8c20\xe5\x85\x83\\\&quot;,\\\&quot;start\\\&quot;:721,\\\&quot;state\\\&quot;:1,\\\&quot;updateDate\\\&quot;:1577475337000,\\\&quot;version\\\&quot;:0}]\&quot;&quot;
</code></pre>
<p>此时 key 已正常显示，但 key 对应的 value 中显示依然有 unicode 编码，可在命令行中 增加 <em>—raw</em> 参数来查看中文。完全命令行：<em>src/redis-cli -p 16479 —raw</em>，中文就可以正常显示在客户端中。</p>
<p><img src="assets/2020-05-05-021606.jpg" alt="img" /></p>
<h4>使用缓存计费规则计算费用</h4>
<p>在车辆出场时，要计算停靠时间，根据停车时间长久匹配具体的计费规则计算费用，然后写支付记录。</p>
<pre><code class="language-java">/**
* @param stayMintues
* @return
*/
private float caluateFee(long stayMintues) {
String ruleStr = (String) redisService.getkey(ParkingConstant.cache.chargingRule);
JSONArray array = JSONObject.parseArray(ruleStr);
List&lt;ChargingRule&gt; rules = JSONObject.parseArray(array.toJSONString(), ChargingRule.class);
float fee = 0;
for (ChargingRule chargingRule : rules) {
if (chargingRule.getStart() &lt;= stayMintues &amp;&amp; chargingRule.getEnd() &gt; stayMintues) {
fee = chargingRule.getFee();
break;
}
}
return fee;
}
</code></pre>
<p>由于停车收费的交易压力并非很大，此处也仅作为案例应用，读库与读缓存的差距并不大。想象一下手机扣费的场景，如果还是读取关系库里的数据，再去计费，这个差距就有天壤之别了。</p>
<p>由于是分布式缓存，缓存已经与应用分离，任何一个项目，只有与 redis 取得合法连接，都可以任意取用缓存中的数据，当然 Redis 作为缓存是一个基本功能，其它也提供了很多操作，如数据分片、分布式锁、事务、内存优化、消息订阅/发布等，来应对不同业务场景下的需要。</p>
<h3>留一个思考题</h3>
<p>如何结合 Redis 来设计电商网站中常见的商品销榜单，如日热销榜，周热销榜，月热销榜，年热销榜等。</p>
</div>
</div>
<div>
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