Redis从入门到实战 - 高级篇（中）

一、多级缓存

1. 传统缓存的问题

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，存在下面的问题：

  • 请求要经过Tomcat处理，Tomcat的性能成为整个系统的瓶颈
  • Redis缓存失效时，会对数据库产生冲击

2. 多级缓存方案

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：

用作缓存的Nginx是业务Nginx，需要部署为集群，再由专门的Nginx用来做反向代理：

3. JVM进程缓存

3.1 导入商品案例

（1）安装MySQL

后期做数据同步需要用到MySQL的主从功能，所以需要在虚拟机中利用Docker来运行一个MySQL容器。

①为了方便后期配置MySQL，先准备两个目录，用于挂载容器的数据和配置文件目录：

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建文件夹
mkdir mysql
# 进入mysql目录
cd mysql

②进入mysql目录后，执行下面的Docker命令：

docker run \-p 3306:3306 \--name mysql \-v $PWD/conf:/etc/mysql/conf.d \-v $PWD/logs:/logs \-v $PWD/data:/var/lib/mysql \-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123 \--privileged \-d \mysql:5.7

③在/tmp/mysql/conf目录下添加一个my.cnf文件，作为mysql的配置文件：

# 创建文件
touch /tmp/mysql/conf/my.cnf

文件内容如下：

[mysqld]
skip-name-resolve
character_set_server=utf8
datadir=/var/lib/mysql
server-id=1000

④重启容器

docker restart mysql

（2）导入SQL

①利用Navicat客户端连接MySQL，导入课前资料提供的sql文件：

新建数据库：

运行SQL文件：

其中包含两张表：

  • tb_item：商品表，包含商品的基本信息
  • tb_item_stock：商品库存表，包含商品的库存信息

之所以将库存分离出来，是因为库存是更新比较频繁的信息，写操作比较多，而其他信息的修改频率非常低。

（3）导入Demo工程

①导入课前资料提供的工程

修改数据库连接地址：

修改配置文件中lombok的版本：

        <dependency><groupId>org.projectlombok</groupId><artifactId>lombok</artifactId><version>1.18.30</version></dependency>

启动项目，进行测试：

（4）导入商品查询页面

商品查询是购物页面，与商品管理的页面是分离的。

部署方式如图：

我们需要准备一个反向代理的nginx服务器，如上图红框所示，将静态的商品页面存放到nginx目录中。页面需要的数据通过ajax向服务端（nginx业务集群）查询。

①找到课前资料中的nginx目录，放到一个非中文的目录下，运行这个nginx服务

若存在下面的问题：

2025/05/18 20:54:22 [notice] 19076#7520: signal process started
2025/05/18 20:55:27 [emerg] 22404#14572: bind() to 0.0.0.0:80 failed (10013: An attempt was made to access a socket in a way forbidden by its access permissions)

修改nginx的监听端口

②访问http://localhost:81/item.html?id=10001

（5）反向代理

现在，页面是假数据展示的。我们需要向服务器发送ajax请求，查询商品数据。

这个请求地址是81端口，所以被当前的nginx反向代理了。

查看nginx的conf目录下的nginx.conf文件，其中的关键配置如下：

其中，192.168.200.130是虚拟机的IP地址，也就是nginx业务集群部署的地方

3.2 初始Caffeine

本地进程缓存

缓存在日常开发中起着至关重要的作用，由于是存储在内存中，数据的读取速度非常快，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

Caffeine

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。Github地址：GitHub - ben-manes/caffeine: A high performance caching library for Java

Caffeine示例

可以通过item-service项目中的单元测试来学习Caffine的使用：

    @Testvoid testBasicOps() {// 创建缓存对象Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder().build();// 存数据cache.put("gf", "迪丽热巴");// 取数据，不存在则返回nullString gf = cache.getIfPresent("gf");System.out.println("gf = " + gf);// 取数据，不存在则去数据库查询String defaultGF = cache.get("defaultGF", key -> {// 这里可以去数据库根据 key查询valuereturn "柳岩";});System.out.println("defaultGF = " + defaultGF);}

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()// 设置缓存大小上限为 1.maximumSize(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

在默认情况下，当一个缓存元素过期时，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。

    /*基于大小设置驱逐策略：*/@Testvoid testEvictByNum() throws InterruptedException {// 创建缓存对象Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()// 设置缓存大小上限为 1.maximumSize(1).build();// 存数据cache.put("gf1", "柳岩");cache.put("gf2", "范冰冰");cache.put("gf3", "迪丽热巴");// 延迟10ms，给清理线程一点时间Thread.sleep(10L);// 获取数据System.out.println("gf1: " + cache.getIfPresent("gf1"));System.out.println("gf2: " + cache.getIfPresent("gf2"));System.out.println("gf3: " + cache.getIfPresent("gf3"));}/*基于时间设置驱逐策略：*/@Testvoid testEvictByTime() throws InterruptedException {// 创建缓存对象Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder().expireAfterWrite(Duration.ofSeconds(1)) // 设置缓存有效期为 10 秒.build();// 存数据cache.put("gf", "柳岩");// 获取数据System.out.println("gf: " + cache.getIfPresent("gf"));// 休眠一会儿Thread.sleep(1200L);System.out.println("gf: " + cache.getIfPresent("gf"));}

3.3 实现进程缓存

案例：实现商品的查询的本地进程缓存

利用Caffeine实现下列需求：

  • 给根据id查询商品的业务添加缓存，缓存未命中时查询数据库
  • 给根据id查询商品库存的业务添加缓存，缓存未命中时查询数据库
  • 缓存初始大小为100
  • 缓存上限为10000

①添加配置类CaffeineConfig

package com.heima.item.config;import com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache;
import com.github.benmanes.caffeine.cache.Caffeine;
import com.heima.item.pojo.Item;
import com.heima.item.pojo.ItemStock;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class CaffeineConfig {/*** 商品缓存* @return*/@Beanpublic Cache<Long, Item> itemCache() {return Caffeine.newBuilder().initialCapacity(100).maximumSize(10_000).build();}/*** 商品库存缓存* @return*/@Beanpublic Cache<Long, ItemStock> stockCache() {return Caffeine.newBuilder().initialCapacity(100).maximumSize(10_000).build();}
}

②改造itemController

    @GetMapping("/{id}")public Item findById(@PathVariable("id") Long id){return itemCache.get(id, key -> itemService.query().ne("status", 3).eq("id", key).one());}@GetMapping("/stock/{id}")public ItemStock findStockById(@PathVariable("id") Long id){return stockCache.get(id, key -> stockService.getById(key));}

③启动项目进行测试，各请求两次（第二次请求走进程本地缓存）

http://localhost:8081/item/10002

http://localhost:8081/item/stock/10002

4. Lua语法入门

4.1 初识Lua

Lua是一种轻量小巧的脚本语言，用标准C语言编写并以源代码形式开放，其设计目的是为了嵌入应用程序中，从而为应用程序提供灵活的扩展和定制功能。

官网：The Programming Language Lua

HelloWorld

1. 在Linux虚拟机的任意目录下，新建一个hello.lua文件

touch hello.lua

2. 添加下面的内容

print("Hello World!")

3. 运行

lua hello.lua

4.2 变量和循环

数据类型

数据类型描述
nil这个最简单，只有值nil属于该类，表示一个无效值（在条件表达式中相当于false）
boolean包含两个值：false和true
number表示双精度类型的实浮点数
string字符串由一对双引号或单引号来表示
function由 C 或 Lua 编写的函数
tableLua中的表（table）其实是一个“关联数组”（associative arrays），数组的索引可以是数字、字符串或表类型。在Lua里，table的创建是通过“构造表达式”来完成，最简单构造表达式是{}，用来创建一个空表

可以利用type函数测试给定变量或值的类型：

变量

Lua声明变量的时候，并不需要指定数据类型：

-- 声明字符串
local str = 'hello'
-- 声明数字
local num = 21
-- 声明布尔类型
local flag = true
-- 声明数组 key为索引的table
local arr = {'java', 'python', 'lua'}
-- 声明table，类似java的map
local map = {name='Jack', age=21}

访问table：

-- 访问数组，lua数组的角标从1开始
print(arr[1])
-- 访问table
print(map['name'])
print(map.name)

循环

数组、table都可以利用for循环来遍历：

遍历数组：

-- 声明数组 key为索引的table
local arr = {'java', 'python', 'lua'}
-- 遍历数组
for index,value in ipairs(arr) doprint(index, value)
end

遍历table：

-- 声明map，也就是table
local map = {name='Jack', age=21}
-- 遍历table
for key, value in pairs(map) doprint(key, value)
end

4.3 条件控制、函数

函数

定义函数的语法：

function 函数名(argument1, argument2, ..., argumentn)-- 函数体return 返回值
end

例如，定义一个函数，用来打印数组：

function printArr(arr)for index, value in ipairs(arr) doprint(value)end
end

条件控制

类似Java的条件控制，例如if、else语法：

if(布尔表达式）
then-- [布尔表达式 为true时 执行该语句块 --]
else--[布尔表达式 为false时 执行该语句块 --]
end

与java不同，布尔表达式中的逻辑运算是基于英文单词：

操作符描述实例
and逻辑与操作符。若A为false，则返回A，否则返回B（A and B）为false
or逻辑或操作符。若A为true，则返回A，否则返回B（A or B）为true
not逻辑非操作符。与逻辑运算结果相反，如果条件为true，逻辑非为falsenot(A and B)为true

案例：自定义函数，打印table

需求：自定义一个函数，可以打印table，当参数为nil时，打印错误信息

local function printArr(arr)if (not arr) thenprint('数组不能为空!')return nilendfor index, value ipairs(arr) doprint(value)end
end

5. 多级缓存

5.1 安装OpenResty

①安装OpenResty的依赖开发库，执行命令

yum install -y pcre-devel openssl-devel gcc --skip-broken

②安装OpenResty仓库，这样就可以便于未来安装或更新我们的软件包（通过yum check-update命令）

yum-config-manager --add-repo https://openresty.org/package/centos/openresty.repo

如果提示说命令不存在，则运行：

yum install -y yum-utils

然后再重复上面的命令

③安装OpenResty

yum install -y openresty

④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。如果你想安装命令行工具opm，那么可以像下面这样安装openresty-opm包

yum install -y openresty-opm

⑤目录结构。默认情况下，OpenResty安装的目录是：/usr/local/openresty。OpenResty就是再Nginx基础上继承了一些Lua模块

⑥配置nginx的环境变量

打开配置文件

vi /etc/profile

在最下面加入两行

export NGINX_HOME=/usr/local/openresty/nginx
export PATH=${NGINX_HOME}/sbin:$PATH

NGINX_HOME：后面是OpenResty安装目录下的nginx的目录

然后让配置生效

source /etc/profile

⑦修改nginx的配置文件。修改 /usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf 文件，内容如下：（注释太多，影响后续编辑）


#user  nobody;
worker_processes  1;
error_log  logs/error.log;events {worker_connections  1024;
}http {include       mime.types;default_type  application/octet-stream;sendfile        on;keepalive_timeout  65;server {listen       8081;server_name  localhost;location / {root   html;index  index.html index.htm;}error_page   500 502 503 504  /50x.html;location = /50x.html {root   html;}}
}

⑧在Linux的控制台输入命令以启动nginx

nginx

访问页面：http://192.168.200.130:8081，注意ip地址换为你自己的虚拟机IP

5.2 OpenResty快速入门

初识OpenResty

OpenResty是一个基于Nginx的高性能Web平台，用于方便地搭建能够处理高并发、扩展性极高的动态Web应用、Web服务和动态网关。具备下列特点：

  • 具备Nginx的完整功能
  • 基于Lua语言进行扩展，集成了大量精良的Lua库、第三方模块
  • 允许使用Lua自定义业务逻辑、自定义库

官方网站：OpenResty® - 开源官方站

案例：OpenResty快速入门，实现商品详情页数据查询

商品详情页面目前展示的是假数据，在浏览器的控制台可以看到查询商品信息的请求：

而这个请求最终被反向代理到虚拟机的OpenResty集群：

需求：在OpenResty中接收这个请求，并返回一段商品的假数据

步骤①：在nginx.conf的http下面，添加对OpenResty的Lua模块的加载：

# 加载lua 模块
lua_package_path "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;;";
# 加载c模块     
lua_package_cpath "/usr/local/openresty/lualib/?.so;;";

②在nginx.conf的server下面，添加对/api/item这个路径的监听

        location /api/item {# 响应类型，这里返回jsondefault_type application/json;# 响应数据由 lua/item.lua这个文件来决定content_by_lua_file lua/item.lua;}

#user  nobody;
worker_processes  1;
error_log  logs/error.log;events {worker_connections  1024;
}http {include       mime.types;default_type  application/octet-stream;sendfile        on;keepalive_timeout  65;# 加载lua 模块lua_package_path "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;;";# 加载c模块     lua_package_cpath "/usr/local/openresty/lualib/?.so;;";  server {listen       8081;server_name  localhost;location /api/item {# 响应类型，这里返回jsondefault_type application/json;# 响应数据由 lua/item.lua这个文件来决定content_by_lua_file lua/item.lua;}location / {root   html;index  index.html index.htm;}error_page   500 502 503 504  /50x.html;location = /50x.html {root   html;}}
}

②新建/lua/item.lua文件

内容如下：注意不能换行

-- 返回假数据，这里的ngx.say()函数，就是写数据到Response中
ngx.say('{"id": 10001,"name": "SALSA AIR","title": "RIMOWA 26寸托运箱拉杆箱 SALSA AIR系列果绿色 820.70.36.4","price": 21900,"image": "https://m.360buyimg.com/mobilecms/s720x720_jfs/t6934/364/1195375010/84676/e9f2c55f/597ece38N0ddcbc77.jpg!q70.jpg.webp","category": "拉杆箱","brand": "RIMOWA","spec": "","status": 1,"createTime": "2019-04-30T16:00:00.000+00:00","updateTime": "2019-04-30T16:00:00.000+00:00","stock": 2999,"sold": 31290}')

Vue打不开的可以在这里copy:

③重新加载配置

nginx -s reload

5.3 请求参数处理

OpenResty获取请求参数

OpenResty提供了各种API用来获取不同类型的请求参数：

参数个数参数示例参数解析代码示例
路径占位符/item/1001

1. 正则表达式匹配

location ~ /item/(\d+) {

        content_by_lua_file lua/item.lua

}

2. 匹配到的参数会存入ngx.var数组中

-- 可以用角标获取

local id = ngx.var[1]

请求头id：1001

-- 获取请求头，返回值是table类型

local headers = ngx.get_headers()

Get请求参数?id=1001

-- 获取GET请求参数，返回值是table类型

local getParams = ngx.req.get_uri_args()

Post表单参数id=1001

-- 读取请求体

ngx.req.read_body()

-- 获取POST表单参数，返回值是table类型

local postParams = ngx.req.get_pos_args()

JSON参数{"id": 1001}

-- 读取请求体

ngx.req.read_body()

-- 获取body中的json参数，返回值是string类型

local josnBody = ngx.req.get_body_data()

案例：获取请求路径中的商品id信息，拼接到json结果中返回

在查询商品信息的请求中，通过路径占位符的方式，传递了商品id到后台：

需求：在OpenResty中接收这个请求，并获取路径中的id信息，拼接到结果的json字符串中返回

①修改nginx.conf


#user  nobody;
worker_processes  1;
error_log  logs/error.log;events {worker_connections  1024;
}http {include       mime.types;default_type  application/octet-stream;sendfile        on;keepalive_timeout  65;# 加载lua 模块lua_package_path "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;;";# 加载c模块     lua_package_cpath "/usr/local/openresty/lualib/?.so;;";  server {listen       8081;server_name  localhost;location ~ /api/item/(\d+) {# 响应类型，这里返回jsondefault_type application/json;# 响应数据由 lua/item.lua这个文件来决定content_by_lua_file lua/item.lua;}location / {root   html;index  index.html index.htm;}error_page   500 502 503 504  /50x.html;location = /50x.html {root   html;}}
}

②修改item.lua

-- 获取路径参数
local id = ngx.var[1]
-- 返回假数据，这里的ngx.say()函数，就是写数据到Response中
ngx.say('{"id": ' .. id .. ',"name": "SALSA AIR","title": "RIMOWA 26寸托运箱拉杆箱 SALSA AIR系列果绿色 820.70.36.4","price": 21900,"image": "https://m.360buyimg.com/mobilecms/s720x720_jfs/t6934/364/1195375010/84676/e9f2c55f/597ece38N0ddcbc77.jpg!q70.jpg.webp","category": "拉杆箱","brand": "RIMOWA","spec": "","status": 1,"createTime": "2019-04-30T16:00:00.000+00:00","updateTime": "2019-04-30T16:00:00.000+00:00","stock": 2999,"sold": 31290}')

③重新加载配置文件，发起请求

nginx -s reload

5.4 查询Tomcat

案例：获取请求路径中的商品id信息，根据id向Tomcat查询商品信息

这里要修改item.lua，满足下面的需求：

  • 获取请求参数中的id
  • 根据id向Tomcat服务发送请求，查询商品信息
  • 根据id向Tomcat服务发送请求，查询库存信息
  • 组装商品信息、库存信息，序列化为JSON格式并返回

nginx内部发送http请求

nginx提供了内部API用于发送http请求：

local resp = ngx.location.capture("/path", {method = ngx.HTTP_GET, -- 请求方式args = {a=1,b=2}, -- get方式传参数body="c=3&d=4" -- post方式传参数
})

返回的响应内容包括：

  • resp.status：响应状态码
  • resp.header：响应头，是一个table
  • resp.body：响应体，就是响应数据

注意：这里的path是路径，并不包含IP和端口。这个请求会被nginx内部的server监听并处理。

但是我们希望这个请求发送到Tomcat服务器，所以需要编写一个server来对这个路径做反向代理：

location /path {# 这里是windows电脑的ip和Java服务端口，需要确保windows防火墙处于关闭状态proxy_pass http://192.168.200.1:8081;

windows的IPv4地址可以通过ipconfig命令来查看（如192.168.200.1）

封装http查询的函数

我们可以把http查询的请求封装为一个函数，放到OpenResty函数库中，方便后期使用。

①在/usr/local/openresty/lualib目录下创建common.lua文件：

②在common.lua中封装http查询的函数

-- 封装函数，发送http请求，并解析响应
local function read_http(path, params)local resp = ngx.location.capture(path,{method = ngx.HTTP_GET,args = params,})if not resp then-- 记录错误信息，返回404ngx.log(ngx.ERR, "http not found, path: ", path , ", args: ", args)ngx.exit(404)endreturn resp.body
end
-- 将方法导出
local _M = {  read_http = read_http
}  
return _M

JSON结果处理

OpenResty提供了一个cjson的模块用来处理JSON的序列化和反序列化

官方地址：https://github.com/openresty/lua-cjson/

①引入cjson模块：

local cjson = require('cjson')

②序列化：

local obj = {name = 'jack',age = 21
}
local json = cjson.encode(obj)

③反序列化：

local json = '{"name": "jack", "age": 21}'
-- 反序列化
local obj = cjson.decode(json)
print(obj.name)

③改造item.lua

-- 导入common函数库
local common = require('common')
local read_http = common.read_http-- 导入cjson库
local cjson = require('cjson')-- 获取路径参数
local id = ngx.var[1]-- 查询商品信息
local itemJson = read_http("/item/" .. id, nil)-- 查询库存信息
local stockJson = read_http("/item/stock/" .. id, nil)-- JSON转化为lua的table
local item = cjson.decode(itemJson)
local stock = cjson.decode(stockJson)
-- 组合数据
item.stock = stock.stock
item.sold = stock.sold-- 返回假数据，这里的ngx.say()函数，就是写数据到Response中
ngx.say(cjson.encode(item))

④重新加载配置

nginx -s reload

⑤启动itemApplication进行测试

Tomcat集群的负载均衡

步骤①：修改nginx.conf


#user  nobody;
worker_processes  1;
error_log  logs/error.log;events {worker_connections  1024;
}http {include       mime.types;default_type  application/octet-stream;sendfile        on;keepalive_timeout  65;# 加载lua 模块lua_package_path "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;;";# 加载c模块     lua_package_cpath "/usr/local/openresty/lualib/?.so;;";  upstream tomcat-cluster {hash $request_uri;server 192.168.239.1:8081;server 192.168.239.1:8081;}server {listen       8081;server_name  localhost;location /item {proxy_pass http://tomcat-cluster;}location ~ /api/item/(\d+) {# 响应类型，这里返回jsondefault_type application/json;# 响应数据由 lua/item.lua这个文件来决定content_by_lua_file lua/item.lua;}location / {root   html;index  index.html index.htm;}error_page   500 502 503 504  /50x.html;location = /50x.html {root   html;}}
}

②重新加载nginx配置

nginx -s reload

③启动两台Tomcat进行测试

5.5 Redis缓存预热

冷启动与缓存预热

  • 冷启动：服务刚刚启动时，Redis中并没有缓存，如果所有商品数据都在第一次查询时添加缓存，可能会给数据库带来较大压力
  • 缓存预热：在实际开发中，我们可以利用大数据统计用户访问的热点数据，在项目启动时将这些热点数据提前查询并保存到redis中。

我们数据量较少，可以在启动时将所有数据都放入缓存中

缓存预热

步骤①：利用Docker安装redis

docker run --name redis -p 6379:6379 -d redis redis-server --appendonly yes

②在item-service服务中引入Redis依赖 pom.xml

        <dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId></dependency>

③配置Redis地址 application.yml

spring:redis:host: 192.168.200.130

④编写初始化类

package com.heima.item.config;import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
import com.heima.item.pojo.Item;
import com.heima.item.pojo.ItemStock;
import com.heima.item.service.IItemService;
import com.heima.item.service.IItemStockService;
import org.springframework.beans.factory.InitializingBean;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;import java.util.List;@Component
public class RedisHandler implements InitializingBean {@Autowiredprivate StringRedisTemplate redisTemplate;@Autowiredprivate IItemService itemService;@Autowiredprivate IItemStockService stockService;private static final ObjectMapper MAPPER = new ObjectMapper();@Overridepublic void afterPropertiesSet() throws Exception {// 初始化缓存// 1. 查询商品信息List<Item> itemList = itemService.list();// 2. 放入缓存for (Item item : itemList) {// 2.1 item序列化为JSONString json = MAPPER.writeValueAsString(item);// 2.2 存入redisredisTemplate.opsForValue().set("item:id:" + item.getId(), json);}// 3. 查询商品库存List<ItemStock> itemStockList = stockService.list();// 4. 放入缓存for (ItemStock stock : itemStockList) {// 4.1 stock序列化为JSONString json = MAPPER.writeValueAsString(stock);// 4.2 存入redisredisTemplate.opsForValue().set("item:stock:id:" + stock.getId(), json);}}
}

⑤启动ItemApplication

5.6 查询Redis缓存

OpenResty提供了操作Redis的模块，我们只要引入该模块就能直接使用：

①引入Redis模块，并初始化Redis对象（common.lua）

-- 引入redis模块
local redis = require("resty.redis")
-- 初始化Redis对象
local red = redis:new()
-- 设置Redis超时时间
red:set_timeouts(1000, 1000, 1000)

②封装函数，用来释放Redis连接，其实就是放入连接池

-- 关闭redis连接的工具方法，其实是放入连接池
local function close_redis(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 thenngx.log(ngx.ERR, "放入redis连接池失败: ", err)end
end

③封装函数，从Redis读取数据并返回

-- 查询redis的方法 ip和port是redis地址，key是查询的key
local function read_redis(ip, port, key)-- 获取一个连接local ok, err = red:connect(ip, port)if not ok thenngx.log(ngx.ERR, "连接redis失败 : ", err)return nilend-- 查询redislocal resp, err = red:get(key)-- 查询失败处理if not resp thenngx.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 thenresp = nilngx.log(ngx.ERR, "查询Redis数据为空, key = ", key)endclose_redis(red)return resp
end

common.lua完整代码：

-- 封装函数，发送http请求，并解析响应
local function read_http(path, params)local resp = ngx.location.capture(path,{method = ngx.HTTP_GET,args = params,})if not resp then-- 记录错误信息，返回404ngx.log(ngx.ERR, "http not found, path: ", path , ", args: ", args)ngx.exit(404)endreturn resp.body
end-- 引入redis模块
local redis = require("resty.redis")
-- 初始化Redis对象
local red = redis:new()
-- 设置Redis超时时间
red:set_timeouts(1000, 1000, 1000)-- 关闭redis连接的工具方法，其实是放入连接池
local function close_redis(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 thenngx.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
local function read_redis(ip, port, key)-- 获取一个连接local ok, err = red:connect(ip, port)if not ok thenngx.log(ngx.ERR, "连接redis失败 : ", err)return nilend-- 密码认证（新增部分）local auth_ok, auth_err = red:auth("leadnews")  -- 你的redis密码if not auth_ok thenngx.log(ngx.ERR, "Redis认证失败: ", auth_err)return nilend-- 查询redislocal resp, err = red:get(key)-- 查询失败处理if not resp thenngx.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 thenresp = nilngx.log(ngx.ERR, "查询Redis数据为空, key = ", key)endclose_redis(red)return resp
end-- 将方法导出
local _M = {  read_http = read_http,read_redis = read_redis
}  
return _M

案例：查询商品时，优先Redis缓存查询

需求：

  • 修改item.lua，封装一个函数read_data，实现先查询Redis，如果未命中，再查询tomcat
  • 修改item.lua，查询商品和库存时都调用read_data这个函数

①修改item.lua

-- 导入common函数库
local common = require('common')
local read_http = common.read_http
local read_redis = common.read_redis-- 导入cjson库
local cjson = require('cjson')-- 封装函数，先查询redis，再查询tomcat
function read_data(key, path, params) -- 查询redislocal resp = read_redis("127.0.0.1", 6379, key)-- 判断redis是否命中if not resp thenngx.log(ngx.ERR, "redis查询失败，尝试查询tomcat，key: ", key)-- redis查询失败，查询tomcatresp = read_http(path, params)endreturn resp
end-- 获取路径参数
local id = ngx.var[1]-- 查询商品信息
local itemJson = read_data("item:id:" .. id, "/item/" .. id, nil)-- 查询库存信息
local stockJson = read_data("item:stock:id:" .. id, "/item/stock/" .. id, nil)-- JSON转化为lua的table
local item = cjson.decode(itemJson)
local stock = cjson.decode(stockJson)
-- 组合数据
item.stock = stock.stock
item.sold = stock.sold-- 返回假数据，这里的ngx.say()函数，就是写数据到Response中
ngx.say(cjson.encode(item))

重新加载nginx配置

nginx -s reload

②停掉ItemApplication和ItemApplication(2)，测试还能访问到数据

5.7 Nginx本地缓存

案例：在查询商品时，优先查询OpenResty的本地缓存

需求：

  • 修改item.lua中的read_data函数，优先查询本地缓存，未命中时再查询Redis、Tomcat
  • 查询Redis或Tomcat成功后，将数据写入本地缓存，并设置有效期
  • 商品基本信息，有效期30分钟
  • 库存信息，有效期1分钟

OpenResty为nginx提供了shard dict的功能，可以在nginx的多个worker之间共享数据，实现缓存功能。

①开启共享字典，在nginx.conf的http下添加配置：

# 共享字典，也就是本地缓存，名称叫做：item_cache，大小150m
lua_shared_dict item_cache 150m; 

②操作共享字典：item.lua

-- 导入common函数库
local common = require('common')
local read_http = common.read_http
local read_redis = common.read_redis-- 导入cjson库
local cjson = require('cjson')
-- 导入共享字典，本地缓存
local item_cache = ngx.shared.item_cache-- 封装函数，先查询redis，再查询tomcat
function read_data(key, expire, path, params) -- 查询本地缓存local val = item_cache:get(key)if not val thenngx.log(ngx.ERR, "本地缓存查询失败，尝试查询redis，key: ", key)-- 查询redisval = read_redis("127.0.0.1", 6379, key)-- 判断redis是否命中if not val thenngx.log(ngx.ERR, "redis查询失败，尝试查询tomcat，key: ", key)-- redis查询失败，查询tomcatval = read_http(path, params)endend-- 查询成功，把数据写入本地缓存item_cache:set(key, val, expire)-- 返回数据return val
end-- 获取路径参数
local id = ngx.var[1]-- 查询商品信息
local itemJson = read_data("item:id:" .. id, 1800, "/item/" .. id, nil)-- 查询库存信息
local stockJson = read_data("item:stock:id:" .. id, 60, "/item/stock/" .. id, nil)-- JSON转化为lua的table
local item = cjson.decode(itemJson)
local stock = cjson.decode(stockJson)
-- 组合数据
item.stock = stock.stock
item.sold = stock.sold-- 返回假数据，这里的ngx.say()函数，就是写数据到Response中
ngx.say(cjson.encode(item))

③重新加载配置，进行测试

nginx -s reload

查看日志

[root@itcast ~]# cd /usr/local/openresty/nginx/logs/
[root@itcast logs]# tail -f error.log

访问：http://localhost:81/item.html?id=10003

6. 缓存同步

6.1 数据同步策略

缓存数据同步的常见方式有三种：

  • 设置有效期：给缓存设置有效期，到期后自动删除。再次查询时更新缓存
    • 优势：简单、方便
    • 缺点：时效性差，缓存过期之前可能不一致
    • 场景：更新频率较低，时效性要求低的业务
  • 同步双写：在修改数据库的同时，直接修改缓存
    • 优势：时效性强，缓存与数据库强一致
    • 缺点：有代码侵入，耦合度高
    • 场景：对一致性、时效性要求较高的缓存数据
  • 异步通知：修改数据库时发送事件通知，相关服务监听到通知后修改缓存数据
    • 优势：低耦合，可以同时通知多个缓存服务
    • 缺点：时效性一般，可能存在中间不一致状态
    • 场景：时效性要求一般，有多个服务需要同步

基于MQ的异步通知

基于Canal的异步通知

6.2 安装Canal

初识Canal

Canal，译意为管道/水道/沟渠，是阿里巴巴旗下的一款开源项目，基于Java开发。基于数据库增量日志解析，提供增量数据订阅&消费。

Github的地址：GitHub - alibaba/canal: 阿里巴巴 MySQL binlog 增量订阅&消费组件

Canal是基于mysql的主从同步来实现的，MySQL主从同步的原理如下：

  • MySQL master将数据变更写入二进制日志（binary log），其中记录的数据叫作binary log events
  • MySQL slave将master的binary log events拷贝到它的中继日志（relay log）
  • MySQL slave重放relay log中事件，将数据变更反映它自己的数据

Canal就是把自己伪装成MySQL的一个slave节点，从而监听master的binary log变化。再把得到的变化信息通知给Canal的客户端，进而完成对其他数据库的同步。

安装和配置Canal

步骤①：打开mysql容器挂载的日志文件，我的在/tmp/mysql/conf目录下，修改my.cnf文件，添加如下内容

log-bin=/var/lib/mysql/mysql-bin
binlog-do-db=heima
  • log-bin=/var/lib/mysql/mysql-bin：设置binary log文件的存放地址和文件名，叫作mysql-bin
  • binlog-do-db=heima：指定对哪个database记录binary log events，这里记录heima这个库

②设置用户权限

添加一个仅用于数据同步的账户，出于安全考虑，仅提供对heima这个库的操作权限：

create user canal@'%' IDENTIFIED by 'canal';
GRANT SELECT, REPLICATION SLAVE, REPLICATION CLIENT,SUPER ON *.* TO 'canal'@'%' identified by 'canal';
FLUSH PRIVILEGES;

重启mysql容器

docker restart mysql

测试设置是否成功：在mysql控制台或者Navicat中，输入命令：

show master status;

③安装Canal

创建一个网络，将MySQL、Canal、MQ放到同一个Docker网络中：

docker network create heima

让mysql加入这个网络：

docker network connect heima mysql

④安装Canal

将课前资料提供的Canal镜像压缩包上传至虚拟机：

通过下面的命令导入：

docker load -i canal.tar

然后运行命令创建Canal容器：

docker run -p 11111:11111 --name canal \
-e canal.destinations=heima \
-e canal.instance.master.address=mysql:3306  \
-e canal.instance.dbUsername=canal  \
-e canal.instance.dbPassword=canal  \
-e canal.instance.connectionCharset=UTF-8 \
-e canal.instance.tsdb.enable=true \
-e canal.instance.gtidon=false  \
-e canal.instance.filter.regex=heima\\..* \
--network heima \
-d canal/canal-server:v1.1.5

说明：

  • -p 11111:11111：这是canal的默认监听端口
  • -e canal.instance.master.address=mysql:3306：数据库地址和端口，如果不知道mysql容器地址，可以通过docker inspect 容器id来查看
  • -e canal.instance.dbUsername=canal：数据库用户名
  • -e canal.instance.dbPassword=canal：数据库密码
  • -e canal.instance.filter.regex=：要监听的表名称

⑤查看canal的日志：

docker logs -f canal

docker exec -it canal bash
tail -f canal-server/logs/canal/canal.log

tail -f canal-server/logs/heima/heima.log

6.3 监听Canal

Canal客户端

Canal提供了各种语言的客户端，当Canal监听到binlog变化时，会通知Canal的客户端。不过这里我们会使用Github上的第三方开源的canal-starter。

地址：GitHub - NormanGyllenhaal/canal-client: spring boot canal starter 易用的canal 客户端 canal client

步骤①：引入依赖 pom.xml

        <dependency><groupId>top.javatool</groupId><artifactId>canal-spring-boot-starter</artifactId><version>1.2.1-RELEASE</version></dependency>

②编写配置 application.yml

canal:destination: heima # canal实例名称，要跟canal-server运行时设置的destination一致server: 192.168.200.130:11111 # canal地址

③编写监听器，监听Canal消息

Canal推送给canal-client的是被修改的这一行数据（row），而我们引入的canal-client则会帮我们把行数据封装到Item实体类中。这个过程中需要知道数据库与实体的映射关系，要用到JPA的几个注解：

package com.heima.item.pojo;import com.baomidou.mybatisplus.annotation.IdType;
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableField;
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableId;
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableName;
import lombok.Data;
import org.springframework.data.annotation.Id;
import org.springframework.data.annotation.Transient;import javax.persistence.Column;
import java.util.Date;@Data
@TableName("tb_item")
public class Item {@TableId(type = IdType.AUTO)@Idprivate Long id;//商品id@Column(name = "name")private String name;//商品名称private String title;//商品标题private Long price;//价格（分）private String image;//商品图片private String category;//分类名称private String brand;//品牌名称private String spec;//规格private Integer status;//商品状态 1-正常，2-下架private Date createTime;//创建时间private Date updateTime;//更新时间@TableField(exist = false)@Transientprivate Integer stock;@TableField(exist = false)@Transientprivate Integer sold;
}

④在RedisHandler新增两个方法

package com.heima.item.config;import com.fasterxml.jackson.core.JsonProcessingException;
import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
import com.heima.item.pojo.Item;
import com.heima.item.pojo.ItemStock;
import com.heima.item.service.IItemService;
import com.heima.item.service.IItemStockService;
import org.springframework.beans.factory.InitializingBean;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;import java.util.List;@Component
public class RedisHandler implements InitializingBean {@Autowiredprivate StringRedisTemplate redisTemplate;@Autowiredprivate IItemService itemService;@Autowiredprivate IItemStockService stockService;private static final ObjectMapper MAPPER = new ObjectMapper();@Overridepublic void afterPropertiesSet() throws Exception {// 初始化缓存// 1. 查询商品信息List<Item> itemList = itemService.list();// 2. 放入缓存for (Item item : itemList) {// 2.1 item序列化为JSONString json = MAPPER.writeValueAsString(item);// 2.2 存入redisredisTemplate.opsForValue().set("item:id:" + item.getId(), json);}// 3. 查询商品库存List<ItemStock> itemStockList = stockService.list();// 4. 放入缓存for (ItemStock stock : itemStockList) {// 4.1 stock序列化为JSONString json = MAPPER.writeValueAsString(stock);// 4.2 存入redisredisTemplate.opsForValue().set("item:stock:id:" + stock.getId(), json);}}/*** 新增保存* @param item*/public void saveItem(Item item) {try {// 1. item序列化为JSONString json = MAPPER.writeValueAsString(item);// 2. 存入redisredisTemplate.opsForValue().set("item:id:" + item.getId(), json);} catch (JsonProcessingException e) {throw new RuntimeException(e);}}/*** 删除* @param id*/public void deleteItemById(Long id) {redisTemplate.delete("item:id:" + id);}
}

⑤新增ItemHandler

package com.heima.item.canal;import com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache;
import com.heima.item.config.RedisHandler;
import com.heima.item.pojo.Item;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
import top.javatool.canal.client.annotation.CanalTable;
import top.javatool.canal.client.handler.EntryHandler;@CanalTable("tb_item")
@Component
public class ItemHandler implements EntryHandler<Item> {@Autowiredprivate RedisHandler redisHandler;@Autowiredprivate Cache<Long, Item> itemCache;@Overridepublic void insert(Item item) {// 写数据到JVM进程缓存itemCache.put(item.getId(), item);// 新增数据到RedisredisHandler.saveItem(item);}@Overridepublic void update(Item before, Item after) {// 更新JVM本地缓存itemCache.put(after.getId(), after);// 更新redis数据redisHandler.saveItem(after);}@Overridepublic void delete(Item item) {// 清理JVM本地缓存itemCache.invalidate(item.getId());// 删除redis数据redisHandler.deleteItemById(item.getId());}
}

⑥启动ItemApplication和ItemApplication(2)，访问：http://localhost:8081/

更新商品数据

观察控制台日志

表名称监听支持的语法：

mysql 数据解析关注的表，Perl正则表达式.
多个正则之间以逗号(,)分隔，转义符需要双斜杠(\\) 
常见例子：
1.  所有表：.*   or  .*\\..*
2.  canal schema下所有表： canal\\..*
3.  canal下的以canal打头的表：canal\\.canal.*
4.  canal schema下的一张表：canal.test1
5.  多个规则组合使用然后以逗号隔开：canal\\..*,mysql.test1,mysql.test2

多级缓存总结

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