Redis与本地缓存组合使用

前言

我们开发中经常用到Redis作为缓存，将高频数据放在Redis中能够提高业务性能，降低MySQL等关系型数据库压力，甚至一些系统使用Redis进行数据持久化，Redis松散的文档结构非常适合业务系统开发，在精确查询，数据统计业务有着很大的优势。
但是高频数据流处理系统中，Redis的压力也会很大，同时I/0开销才是耗时的主要原因，这时候为了降低Redis读写压力我们可以用到本地缓存，Guava为我们提供了优秀的本地缓存API，包含了过期策略等等，编码难度低，个人非常推荐。

设计示例

Redis懒加载缓存

数据在新增到MySQL不进行缓存，在精确查找进行缓存，做到查询即缓存，不查询不缓存

流程图

代码示例

// 伪代码示例 Xx代表你的的业务对象 如User Goods等等
public class XxLazyCache {
    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Xx> redisTemplate;
    
    @Autowired
    private XxService xxService;// 你的业务service
    
    /**
     * 查询 通过查询缓存是否存在驱动缓存加载 建议在前置业务保证id对应数据是绝对存在于数据库中的
     */
    public Xx getXx(int id) {
        // 1.查询缓存里面有没有数据
        Xx xxCache = getXxFromCache(id);
        if(xxCache != null) {
            return xxCache;// 卫语句使代码更有利于阅读
        }
        // 2.查询数据库获取数据 我们假定到业务这一步，传过来的id都在数据库中有对应数据
        Xx xx = xxService.getXxById(id);
        // 3.设置缓存、这一步相当于Redis缓存懒加载，下次再查询此id，则会走缓存
        setXxFromCache(xx);
        return xx;
        }
    }
    
    /**
     * 对xx数据进行修改或者删除操作 操作数据库成功后 删除缓存
     * 删除请求 - 删除数据库数据 删除缓存
     * 修改请求 - 更新数据库数据 删除缓存 下次在查询时候就会从数据库拉取新的数据到缓存中
     */
    public void deleteXxFromCache(long id) {
        String key = "Xx:" + xx.getId();
        redisTemplate.delete(key);
    }
    
    private void setXxFromCache(Xx xx) {
        String key = "Xx:" + xx.getId();
        redisTemplate.opsForValue().set(key, xx);
    }
    
    private Xx getXxFromCache(int id) {
        // 通过缓存前缀拼装唯一主键作为缓存Key 如Xxx信息 就是Xxx:id
        String key = "Xx:" + id;
        return redisTemplate.opsForValue().get(key);
    }
    
}
// 业务类
public class XxServie {
    @Autowired
    private XxLazyCache xxLazyCache;
    // 查询数据库
    public Xx getXxById(long id) {
        // 省略实现
        return xx;
    }
    
    public void updateXx(Xx xx) {
        // 更新MySQL数据 省略
        // 删除缓存
        xxLazyCache.deleteXxFromCache(xx.getId());
    }
    
    public void deleteXx(long id) {
        // 删除MySQL数据 省略
        // 删除缓存
        xxLazyCache.deleteXxFromCache(xx.getId());
    }
}
// 实体类
@Data
public class Xx {
    // 业务主键
    private Long id;
    // ...省略
}

优点

保证最小的缓存量满足精确查询业务，避免冷数据占用宝贵的内存空间
对增删改查业务入侵小、删除即同步
可插拔，对于老系统升级，历史数据无需在启动时初始化缓存

缺点

数据量需可控，在无限增长业务场景不适用
在微服务场景不利于全局缓存应用

总结

空间最小化
满足精确查询场景
总数据量可控推荐使用
微服务场景不适用

Redis结合本地缓存

微服务场景下，多个微服务使用一个大缓存，流数据业务下，高频读取缓存对Redis压力很大，我们使用本地缓存结合Redis缓存使用，降低Redis压力，同时本地缓存没有连接开销，性能更优。

流程图

业务场景

在流处数处理过程中，微服务对多个设备上传的数据进行处理，每个设备有一个code,流数据的频率高，在消息队列发送过程中使用分区发送，我们需要为设备code生成对应的自增号，用自增号对kafka中topic分区数进行取模，这样如果有10000台设备，自增号就是0~9999，在取模后就进行分区发送就可以做到每个分区均匀分布。
这个自增号我们使用redis的自增数生成，生成后放到redis的hash结构进行缓存，每次来一个设备，我们就去这个hash缓存中取，没有取到就使用自增数生成一个，然后放到redis的hash缓存中，这时候每个设备的自增数一经生成是不会再发生改变的，我们就想到使用本地缓存进行优化，避免高频的调用redis去获取，降低redis压力。

代码示例

/**
 * 此缓存演示如何结合redis自增数 hash 本地缓存使用进行设备自增数的生成、缓存、本地缓存
 * 本地缓存使用Guava Cache
 */
public class DeviceIncCache {
    /**
     * 本地缓存
     */
    private Cache<String, Integer> localCache = CacheBuilder.newBuilder()
        .concurrencyLevel(16) // 并发级别
        .initialCapacity(1000) // 初始容量
        .maximumSize(10000) // 缓存最大长度
        .expireAfterAccess(1, TimeUnit.HOURS) // 缓存1小时没被使用就过期
        .build();
    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Integer> redisTemplate;
    
    /**
     * redis自增数缓存的key
     */
    private static final String DEVICE_INC_COUNT = "device_inc_count";
    
    /**
     * redis设备编码对应自增数的hash缓存key
     */
    private static final String DEVICE_INC_VALUE = "device_inc_value";
    
    /**
     * 获取设备自增数
     */
    public int getInc(String deviceCode){
        // 1.从本地缓存获取
        Integer inc = localCache.get(deviceCode);
        if(inc != null) {
            return inc;
        }
        // 2.本地缓存未命中，从redis的hash缓存获取
        inc = (Integer)redisTemplate.opsForHash().get(DEVICE_INC_VALUE, deviceCode);
        // 3. redis的hash缓存中没有，说明是新设备，先为设备生成一个自增号
        if(inc == null) {
            inc = redisTemplate.opsForValue().increment(DEVICE_INC_COUNT).intValue;
            // 添加到redis hash缓存
            redisTemplate.opsForHash().put(DEVICE_INC_VALUE, deviceCode, inc);
        }
        // 4.添加到本地缓存
        localCache.put(deviceCode, inc);
        // 4.返回自增数
        return inc;
    }
    
}