【开源项目】Nepxion Aquarius实现分布式锁、缓存、ID生成、限速的源码解读

news2024/11/16 12:57:04

项目地址

项目地址 https://toscode.gitee.com/nepxion/Aquarius

项目介绍

Nepxion Aquarius是一款基于Redis + Zookeeper的分布式应用组件集合，包含分布式锁，缓存，ID生成器，限速限流器。它采用Nepxion Matrix AOP框架进行切面架构，提供注解调用方式，也提供API调用方式

分布式缓存

Maven依赖

引入依赖

分布式缓存
<dependency>
    <groupId>com.nepxion</groupId>
    <artifactId>aquarius-cache-starter</artifactId>
    <version>${aquarius.version}</version>
</dependency>

源码解析

aquarius-cache-starter项目下spring.factories配置，Nepxion自己实现了自动配置。

com.nepxion.aquarius.cache.annotation.EnableCache=\
com.nepxion.aquarius.cache.configuration.CacheConfiguration

EnableCache注入了CacheImportSelector

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@Import(CacheImportSelector.class)
public @interface EnableCache {

}

CacheImportSelector，当isEnabled方法返回true，会注入spring.factories键是EnableCache对应的类，即CacheConfiguration。

@Order(Ordered.LOWEST_PRECEDENCE - 100)
public class CacheImportSelector extends AbstractImportSelector<EnableCache> {
    @Override
    protected boolean isEnabled() {
        return new RelaxedPropertyResolver(getEnvironment()).getProperty(CacheConstant.CACHE_ENABLED, Boolean.class, Boolean.TRUE);
    }
}

CacheConfiguration注入了CacheAopConfiguration和RedisCacheConfiguration。

@Configuration
@Import({ AquariusConfiguration.class, CacheAopConfiguration.class, RedisCacheConfiguration.class })
public class CacheConfiguration {

}

RedisCacheConfiguration会根据条件生成CacheDelegate和RedisHandler

@Configuration
@Import({ RedisConfiguration.class })
public class RedisCacheConfiguration {
    @Bean
    @Conditional(RedisCacheCondition.class)
    public CacheDelegate redisCacheDelegate() {
        return new RedisCacheDelegateImpl();
    }

    @Bean
    @Conditional(RedisCacheCondition.class)
    @ConditionalOnMissingBean
    public RedisHandler redisHandler() {
        return new RedisHandlerImpl();
    }
}

RedisCacheCondition

public class RedisCacheCondition extends AquariusCondition {
    public RedisCacheCondition() {
        super(CacheConstant.CACHE_TYPE, CacheConstant.CACHE_TYPE_REDIS);
    }
}

AquariusCondition会根据设置的键值对匹配环境变量，匹配条件为真。

public class AquariusCondition implements Condition {
    private String key;
    private String value;

    public AquariusCondition(String key, String value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

    @Override
    public boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
        String beanName = context.getEnvironment().getProperty(key);

        return StringUtils.equals(beanName, value);
    }
}

CacheAopConfiguration会注入CacheAutoScanProxy和CacheInterceptor。

@Configuration
public class CacheAopConfiguration {
    @Value("${" + CacheConstant.CACHE_SCAN_PACKAGES + ":}")
    private String scanPackages;

    @Bean
    public CacheAutoScanProxy cacheAutoScanProxy() {
        return new CacheAutoScanProxy(scanPackages);
    }

    @Bean
    public CacheInterceptor cacheInterceptor() {
        return new CacheInterceptor();
    }
}

CacheAutoScanProxy根据方法匹配，拦截 Cacheable.class, CachePut.class, CacheEvict.class注解标注的方法，用cacheInterceptor来获取拦截器。

public class CacheAutoScanProxy extends DefaultAutoScanProxy {
    private static final long serialVersionUID = 5099476398968133135L;

    private String[] commonInterceptorNames;

    @SuppressWarnings("rawtypes")
    private Class[] methodAnnotations;

    public CacheAutoScanProxy(String scanPackages) {
        super(scanPackages, ProxyMode.BY_METHOD_ANNOTATION_ONLY, ScanMode.FOR_METHOD_ANNOTATION_ONLY);
    }

    @Override
    protected String[] getCommonInterceptorNames() {
        if (commonInterceptorNames == null) {
            commonInterceptorNames = new String[] { "cacheInterceptor" };
        }

        return commonInterceptorNames;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    protected Class<? extends Annotation>[] getMethodAnnotations() {
        if (methodAnnotations == null) {
            methodAnnotations = new Class[] { Cacheable.class, CachePut.class, CacheEvict.class };
        }

        return methodAnnotations;
    }
}

CacheInterceptor获取对应的缓存注解，执行对应的方法。如果局部变量没配置，取全局变量值。

public class CacheInterceptor extends AbstractInterceptor {
    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(CacheInterceptor.class);

    @Autowired
    private CacheDelegate cacheDelegate;

    @Value("${" + AquariusConstant.PREFIX + "}")
    private String prefix;

    @Value("${" + AquariusConstant.FREQUENT_LOG_PRINT + ":false}")
    private Boolean frequentLogPrint;

    @Value("${" + CacheConstant.CACHE_EXPIRE + ":-1}")
    private long expiration;

    @Override
    public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
        Cacheable cacheableAnnotation = getCacheableAnnotation(invocation);
        if (cacheableAnnotation != null) {
            String name = cacheableAnnotation.name();
            String[] keys = cacheableAnnotation.key();
            long expire = cacheableAnnotation.expire();
            // 如果局部变量没配置，取全局变量值
            if (expire == -1234567890L) {
                expire = expiration;
            }

            return invokeCacheable(invocation, name, keys, expire);
        }

        CachePut cachePutAnnotation = getCachePutAnnotation(invocation);
        if (cachePutAnnotation != null) {
            String name = cachePutAnnotation.name();
            String[] keys = cachePutAnnotation.key();
            long expire = cachePutAnnotation.expire();
            // 如果局部变量没配置，取全局变量值
            if (expire == -1234567890L) {
                expire = expiration;
            }

            return invokeCachePut(invocation, name, keys, expire);
        }

        CacheEvict cacheEvictAnnotation = getCacheEvictAnnotation(invocation);
        if (cacheEvictAnnotation != null) {
            String name = cacheEvictAnnotation.name();
            String[] keys = cacheEvictAnnotation.key();
            boolean allEntries = cacheEvictAnnotation.allEntries();
            boolean beforeInvocation = cacheEvictAnnotation.beforeInvocation();

            return invokeCacheEvict(invocation, name, keys, allEntries, beforeInvocation);
        }

        return invocation.proceed();
    }
}

分布式锁

Maven依赖

引入依赖

分布式锁
<dependency>
    <groupId>com.nepxion</groupId>
    <artifactId>aquarius-lock-starter</artifactId>
    <version>${aquarius.version}</version>
</dependency>

aquarius-lock-starter包下面spring.factories引入LockConfiguration。

com.nepxion.aquarius.lock.annotation.EnableLock=\
com.nepxion.aquarius.lock.configuration.LockConfiguration

LockConfiguration会注入LockAopConfiguration，RedisLockConfiguration，LocalLockConfiguration

@Configuration
@Import({ AquariusConfiguration.class, LockAopConfiguration.class, RedisLockConfiguration.class, ZookeeperLockConfiguration.class, LocalLockConfiguration.class })
public class LockConfiguration {

}

LocalLockConfiguration根据条件注入了LockDelegate和LockExecutor

@Configuration
public class LocalLockConfiguration {
    @Bean
    @Conditional(LocalLockCondition.class)
    public LockDelegate localLockDelegate() {
        return new LocalLockDelegateImpl();
    }

    @Bean
    @Conditional(LocalLockCondition.class)
    public LockExecutor<Lock> localLockExecutor() {
        return new LocalLockExecutorImpl();
    }
}

本地锁的实现是由ReentrantLock实现，Redis锁是由Redisson实现的。

分布式限流

分布式限速限流
<dependency>
    <groupId>com.nepxion</groupId>
    <artifactId>aquarius-limit-starter</artifactId>
    <version>${aquarius.version}</version>
</dependency>

源码解析

aquarius-limit-starter包下面spring.factories引入LimitConfiguration

@Configuration
@Import({ AquariusConfiguration.class, LimitAopConfiguration.class, RedisLimitConfiguration.class, LocalLimitConfiguration.class })
public class LimitConfiguration {

}

LimitAopConfiguration定义了拦截@Limit注解，使用LimitInterceptor拦截

@Configuration
public class LimitAopConfiguration {
    @Value("${" + LimitConstant.LIMIT_SCAN_PACKAGES + ":}")
    private String scanPackages;

    @Bean
    public LimitAutoScanProxy limitAutoScanProxy() {
        return new LimitAutoScanProxy(scanPackages);
    }

    @Bean
    public LimitInterceptor limitInterceptor() {
        return new LimitInterceptor();
    }
}

LimitInterceptor获取注解信息，使用LimitDelegate进行处理。

public class LimitInterceptor extends AbstractInterceptor {
    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(LimitInterceptor.class);

    @Autowired
    private LimitDelegate limitDelegate;

    @Value("${" + AquariusConstant.PREFIX + "}")
    private String prefix;

    @Value("${" + AquariusConstant.FREQUENT_LOG_PRINT + ":false}")
    private Boolean frequentLogPrint;

    @Override
    public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
        Limit limitAnnotation = getLimitAnnotation(invocation);
        if (limitAnnotation != null) {
            String name = limitAnnotation.name();
            String key = limitAnnotation.key();
            int limitPeriod = limitAnnotation.limitPeriod();
            int limitCount = limitAnnotation.limitCount();

            return invoke(invocation, limitAnnotation, name, key, limitPeriod, limitCount);
        }

        return invocation.proceed();
    }
    
        private Object invoke(MethodInvocation invocation, Annotation annotation, String name, String key, int limitPeriod, int limitCount) throws Throwable {
        if (StringUtils.isEmpty(name)) {
            throw new AquariusException("Annotation [Limit]'s name is null or empty");
        }

        if (StringUtils.isEmpty(key)) {
            throw new AquariusException("Annotation [Limit]'s key is null or empty");
        }

        String spelKey = null;
        try {
            spelKey = getSpelKey(invocation, key);
        } catch (Exception e) {
            spelKey = key;
        }
        String compositeKey = KeyUtil.getCompositeKey(prefix, name, spelKey);
        String proxyType = getProxyType(invocation);
        String proxiedClassName = getProxiedClassName(invocation);
        String methodName = getMethodName(invocation);

        if (frequentLogPrint) {
            LOG.info("Intercepted for annotation - Limit [key={}, limitPeriod={}, limitCount={}, proxyType={}, proxiedClass={}, method={}]", compositeKey, limitPeriod, limitCount, proxyType, proxiedClassName, methodName);
        }

        return limitDelegate.invoke(invocation, compositeKey, limitPeriod, limitCount);
    }
}

LocalLimitConfiguration注入了LimitDelegate和LimitExecutor，LimitDelegate就是调用LimitExecutor#tryAccess

@Configuration
public class LocalLimitConfiguration {
    @Bean
    @Conditional(LocalLimitCondition.class)
    public LimitDelegate localLimitDelegate() {
        return new LocalLimitDelegateImpl();
    }

    @Bean
    @Conditional(LocalLimitCondition.class)
    public LimitExecutor localLimitExecutor() {
        return new GuavaLocalLimitExecutorImpl();

        // return new JdkLimitExecutorImpl();
    }
}

GuavaLocalLimitExecutorImpl#tryAccess(java.lang.String, int, int)，根据key获取RateLimiterEntity，从而获取到封装的RateLimiter，进行缓存。封装主要是为了修改rate的时候，不需要重新生成RateLimiter

    public boolean tryAccess(String compositeKey, int limitPeriod, int limitCount) throws Exception {
        if (StringUtils.isEmpty(compositeKey)) {
            throw new AquariusException("Composite key is null or empty");
        }
        
        if (limitPeriod != 1) {
            throw new AquariusException("Limit period must be 1 second for Guava rate limiter");
        }

        RateLimiterEntity rateLimiterEntity = getRateLimiterEntity(compositeKey, limitCount);
        RateLimiter rateLimiter = rateLimiterEntity.getRateLimiter();

        return rateLimiter.tryAcquire();
    }

    private RateLimiterEntity getRateLimiterEntity(String compositeKey, double rate) {
        RateLimiterEntity rateLimiterEntity = rateLimiterEntityMap.get(compositeKey);
        if (rateLimiterEntity == null) {
            RateLimiter newRateLimiter = RateLimiter.create(rate);

            RateLimiterEntity newRateLimiterEntity = new RateLimiterEntity();
            newRateLimiterEntity.setRateLimiter(newRateLimiter);
            newRateLimiterEntity.setRate(rate);

            rateLimiterEntity = rateLimiterEntityMap.putIfAbsent(compositeKey, newRateLimiterEntity);
            if (rateLimiterEntity == null) {
                rateLimiterEntity = newRateLimiterEntity;
            }
        } else {
            if (rateLimiterEntity.getRate() != rate) {
                rateLimiterEntity.getRateLimiter().setRate(rate);
                rateLimiterEntity.setRate(rate);
            }
        }

        return rateLimiterEntity;
    }

RedisLimitExecutorImpl#tryAccess(java.lang.String, int, int)，Redis实现主要是通过执行lua脚本。

    @Override
    public boolean tryAccess(String compositeKey, int limitPeriod, int limitCount) throws Exception {
        if (StringUtils.isEmpty(compositeKey)) {
            throw new AquariusException("Composite key is null or empty");
        }

        List<String> keys = new ArrayList<String>();
        keys.add(compositeKey);

        RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = redisHandler.getRedisTemplate();
        Number count = redisTemplate.execute(redisScript, keys, limitCount, limitPeriod);

        if (count == null) {
            return false;
        }

        if (frequentLogPrint) {
            LOG.info("Access try count is {} for key={}", count, compositeKey);
        }

        return count.intValue() <= limitCount;
    }

分布式全局唯一ID

<dependency>
    <groupId>com.nepxion</groupId>
    <artifactId>aquarius-id-generator-starter</artifactId>
    <version>${aquarius.version}</version>
</dependency>

aquarius-id-generator-starter项目中的spring.factories会根据注解注入LocalIdGeneratorConfig，EnableRedisIdGenerator或者EnableZookeeperIdGenerator。

com.nepxion.aquarius.idgenerator.annotation.EnableLocalIdGenerator=\
com.nepxion.aquarius.idgenerator.configuration.LocalIdGeneratorConfig

com.nepxion.aquarius.idgenerator.annotation.EnableRedisIdGenerator=\
com.nepxion.aquarius.idgenerator.configuration.RedisIdGeneratorConfig

com.nepxion.aquarius.idgenerator.annotation.EnableZookeeperIdGenerator=\
com.nepxion.aquarius.idgenerator.configuration.ZookeeperIdGeneratorConfig

LocalIdGeneratorConfig注入LocalIdGeneratorConfiguration

@Configuration
@Import({ AquariusConfiguration.class, LocalIdGeneratorConfiguration.class })
public class LocalIdGeneratorConfig {

}

LocalIdGeneratorConfiguration注入LocalIdGenerator

@Configuration
public class LocalIdGeneratorConfiguration {
    @Bean
    public LocalIdGenerator localIdGenerator() {
        return new LocalIdGeneratorImpl();
    }
}

LocalIdGeneratorImpl#nextUniqueId(long, long, long)，获取ID生成器，执行nextId方法

    public String nextUniqueId(long startTimestamp, long dataCenterId, long machineId) throws Exception {
        String nextUniqueId = getIdGenerator(startTimestamp, dataCenterId, machineId).nextId();

        if (frequentLogPrint) {
            LOG.info("Next unique id is {} for startTimestamp={}, dataCenterId={}, machineId={}", nextUniqueId, startTimestamp, dataCenterId, machineId);
        }

        return nextUniqueId;
    }

    private SnowflakeIdGenerator getIdGenerator(long startTimestamp, long dataCenterId, long machineId) {
        String key = dataCenterId + "-" + machineId;

        SnowflakeIdGenerator idGenerator = idGeneratorMap.get(key);
        if (idGenerator == null) {
            SnowflakeIdGenerator newIdGnerator = new SnowflakeIdGenerator(startTimestamp, dataCenterId, machineId);
            idGenerator = idGeneratorMap.putIfAbsent(key, newIdGnerator);
            if (idGenerator == null) {
                idGenerator = newIdGnerator;
            }
        }

        return idGenerator;
    }
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