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spring cache 多级缓存扩展

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pig-mesh/multilevel-cache-spring-boot-starter

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缓存的引入是现在大部分系统所必须考虑的

  • redis 作为常用中间件，虽然我们一般业务系统（毕竟业务量有限）不会遇到如下图 在随着 data-size 的增大和数据结构的复杂的造成性能下降，但网络 IO 消耗会成为整个调用链路中不可忽视的部分。尤其在 微服务架构中，一次调用往往会涉及多次调用 例如pig oauth2.0 的 client 认证

  • Caffeine 来自未来的本地内存缓存,性能比如常见的内存缓存实现性能高出不少详细对比。

综合所述：我们需要构建 L1 Caffeine JVM 级别内存 ， L2 Redis 内存。

设计难点

目前大部分应用缓存都是基于 Spring Cache 实现,基于注释（annotation）的缓存（cache）技术,存在的问题如下：

  • Spring Cache 仅支持 单一的缓存来源，即：只能选择 Redis 实现或者 Caffeine 实现，并不能同时使用。
  • 数据一致性：各层缓存之间的数据一致性问题，如应用层缓存和分布式缓存之前的数据一致性问题。
  • 缓存过期：Spring Cache 不支持主动的过期策略

业务流程

如何使用

版本支持
3.0.0适配 SpringBoot3.x
1.0.1适配 SpringBoot2.x
    1. 引入依赖
<dependency>    <groupId>com.pig4cloud.plugin</groupId>    <artifactId>multilevel-cache-spring-boot-starter</artifactId>    <version>${lastVersion}</version></dependency>
    1. 开启缓存支持
@EnableCachingpublicclassApp {publicstaticvoidmain(String[]args) {SpringApplication.run(App.class,args);}}
    1. 目标接口声明 Spring Cache 注解
@Cacheable(value = "get",key = "#key")@GetMapping("/get")public String get(String key){    return "success";}

性能比较

为保证性能 redis 在 127.0.0.1 环路安装

  • OS: macOS Mojave
  • CPU: 2.3 GHz Intel Core i5
  • RAM: 8 GB 2133 MHz LPDDR3
  • JVM: corretto_11.jdk
BenchmarkModeCntScoreUnits
多级实现thrpt22716.074ops/s
默认 redisthrpt21373.476ops/s

代码原理

    1. 自定义 CacheManager 多级缓存实现
publicclassRedisCaffeineCacheManagerimplementsCacheManager {@OverridepublicCachegetCache(Stringname) {Cachecache =cacheMap.get(name);if (cache !=null) {returncache;}cache =newRedisCaffeineCache(name,stringKeyRedisTemplate,caffeineCache(),cacheConfigProperties);CacheoldCache =cacheMap.putIfAbsent(name,cache);log.debug("create cache instance, the cache name is : {}",name);returnoldCache ==null ?cache :oldCache;}}
    1. 多级读取、过期策略实现
publicclassRedisCaffeineCacheextendsAbstractValueAdaptingCache {protectedObjectlookup(Objectkey) {ObjectcacheKey =getKey(key);// 1. 先调用 caffeine 查询是否存在指定的值Objectvalue =caffeineCache.getIfPresent(key);if (value !=null) {log.debug("get cache from caffeine, the key is : {}",cacheKey);returnvalue;}// 2. 调用 redis 查询在指定的值value =stringKeyRedisTemplate.opsForValue().get(cacheKey);if (value !=null) {log.debug("get cache from redis and put in caffeine, the key is : {}",cacheKey);caffeineCache.put(key,value);}returnvalue;}}
    1. 过期策略，所有更新操作都基于 redis pub/sub 消息机制更新
publicclassRedisCaffeineCacheextendsAbstractValueAdaptingCache {@Overridepublicvoidput(Objectkey,Objectvalue) {push(newCacheMessage(this.name,key));}@OverridepublicValueWrapperputIfAbsent(Objectkey,Objectvalue) {push(newCacheMessage(this.name,key));}@Overridepublicvoidevict(Objectkey) {push(newCacheMessage(this.name,key));}@Overridepublicvoidclear() {push(newCacheMessage(this.name,null));}privatevoidpush(CacheMessagemessage) {stringKeyRedisTemplate.convertAndSend(topic,message);}}
    1. MessageListener 删除指定 Caffeine 的指定值
publicclassCacheMessageListenerimplementsMessageListener {privatefinalRedisTemplate<Object,Object>redisTemplate;privatefinalRedisCaffeineCacheManagerredisCaffeineCacheManager;@OverridepublicvoidonMessage(Messagemessage,byte[]pattern) {CacheMessagecacheMessage = (CacheMessage)redisTemplate.getValueSerializer().deserialize(message.getBody());cacheMessage.getCacheName(),cacheMessage.getKey());redisCaffeineCacheManager.clearLocal(cacheMessage.getCacheName(),cacheMessage.getKey());}}

源码地址

https://github.com/pig-mesh/multilevel-cache-spring-boot-starter

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