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J2Cache 和普通快取框架有何不同,它解決了什麼問題?

不少人看到 J2Cache 第一眼時,會認為這就是一個普普通通的快取框架,和例如 Ehcache、Caffeine 、Spring Cache 之類的專案沒什麼區別,無非是造了一個新的輪子而已。事實上完全不是一回事!

目前快取的解決方案一般有兩種:

記憶體快取(如 Ehcache) —— 速度快,程序內可用 集中式快取(如 Redis)—— 可同時為多節點提供服務 現有的快取框架已經非常成熟而且優秀,J2Cache 無心造一個新的輪子,它要解決的幾個問題如下:

使用記憶體快取時,一旦應用重啟後,由於快取資料丟失,快取雪崩,給資料庫造成巨大壓力,導致應用堵塞 使用記憶體快取時,多個應用節點無法共享快取資料 使用集中式快取,由於大量的資料通過快取獲取,導致快取服務的資料吞吐量太大,頻寬跑滿。現象就是 Redis 服務負載不高,但是由於機器網絡卡頻寬跑滿,導致資料讀取非常慢 在遭遇問題1、2 時,很多人自然而然會想到使用 Redis 來快取資料,因此就難以避免的導致了問題3的發生。

當發生問題 3 時,又有很多人想到 Redis 的叢集,通過叢集來降低快取服務的壓力,特別是頻寬壓力。

但其實,這個時候的 Redis 上的資料量並不一定大,僅僅是資料的吞吐量大而已。

咱們假設這樣一個場景:

有這麼一個網站,某個頁面每天的訪問量是 1000萬,每個頁面從快取讀取的資料是 50K。快取資料存放在一個 Redis 服務,機器使用千兆網絡卡。那麼這個 Redis 一天要承受 500G 的資料流,相當於平均每秒鐘是 5.78M 的資料。而網站一般都會有高峰期和低峰期,兩個時間流量的差異可能是百倍以上。我們假設高峰期每秒要承受的流量比平均值高 50 倍,也就是說高峰期 Redis 服務每秒要傳輸超過 250 兆的資料。請注意這個 250 兆的單位是 byte,而千兆網絡卡的單位是“bit” ,你懂了嗎? 這已經遠遠超過 Redis 服務的網絡卡頻寬。

所以如果你能發現這樣的問題,一般你會這麼做:

升級到萬兆網絡卡 —— 這個有多麻煩,相信很多人知道,特別是一些雲主機根本沒有萬兆網絡卡給你使用(運維工程師一般會給這樣的建議) 多個 Redis 搭建叢集,將流量分攤多多臺機器上 如果你採用第2種方法來解決上述的場景中碰到的問題,那麼你最好準備 5 個 Redis 服務來支撐。在快取服務這塊成本直接攀升了 5 倍。你有錢當然沒任何問題,但是結構就變得非常複雜了,而且可能你快取的資料量其實不大,1000 萬高頻次的快取讀寫 Redis 也能輕鬆應付,可是因為頻寬的問題,你不得不付出 5 倍的成本。

那麼 J2Cache 的用武之處就在這裡。

如果我們不用每次頁面訪問的時候都去 Redis 讀取資料,那麼 Redis 上的資料流量至少降低 1000 倍甚至更多,以至於一臺 Redis 可以輕鬆應付。

J2Cache 其實不是一個快取框架,它是一個快取框架的橋樑。它利用現有優秀的記憶體快取框架作為一級快取,而把 Redis 作為二級快取。所有資料的讀取先從一級快取中讀取,不存在時再從二級快取讀取,這樣來確保對二級快取 Redis 的訪問次數降到最低。

有人會質疑說,那豈不是應用節點的記憶體佔用要飆升?我的答案是 —— 現在伺服器的記憶體都是幾十 G 打底,多則百 G 數百 G,這點點的記憶體消耗完全不在話下。其次一級快取框架可以通過配置來控制在記憶體中儲存的資料量,所以不用擔心記憶體溢位的問題。

剩下的另外一個問題就是,當快取資料更新的時候,怎麼確保每個節點記憶體中的資料是一致的。而這一點算你問到點子上了,這恰恰是 J2Cache 的核心所在。

J2Cache 目前提供兩種節點間資料同步的方案 —— Redis Pub/Sub 和 JGroups 。當某個節點的快取資料需要更新時,J2Cache 會通過 Redis 的訊息訂閱機制或者是 JGroups 的組播來通知叢集內其他節點。當其他節點收到快取資料更新的通知時,它會清掉自己記憶體裡的資料,然後重新從 Redis 中讀取最新資料。

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這就完成了 J2Cache 快取資料讀寫的閉環。

為什麼不用 Ehcache 的叢集方案?

對 Ehcache 比較熟悉的人還會問的就是這個問題,Ehcache 本身是提供叢集模式的,可以在多個節點同步快取資料。但是 Ehcache 的做法是將整個快取資料在節點間進行傳輸。如咱們前面的說的,一個頁面需要讀取 50K 的快取資料,當這 50K 的快取資料有更新時,那麼需要在幾個節點間傳遞整個 50K 的資料。這也會造成應用節點間大量的資料傳輸,這個情況完全不可控。

補充:當然這個單個數據傳輸量本身並不比使用 J2Cache 多,但是 ehcache 利用 jgroups 來同步資料的做法,在實際測試過程中發現可靠性還是略低,而且 jgroups 的同步資料在雲主機上無法使用。

而 J2Cache 傳輸的僅僅是快取的 key 而已,因此相比 Ehcache 的叢集模式,J2Cache 要傳輸的資料極其小,對節點間的資料通訊完全不會產生大的影響。

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