Ehcache 緩存系統(tǒng)簡(jiǎn)介

EhCache 是一個(gè)純 Java 的進(jìn)程內(nèi)緩存框架，具有快速、精干等特點(diǎn)，是 Hibernate 中默認(rèn)的 CacheProvider。

下圖是 EhCache 在應(yīng)用程序中的位置：

圖 1. EhCache 應(yīng)用架構(gòu)圖

EhCache 的主要特性有：

1. 快速；
2. 簡(jiǎn)單；
3. 多種緩存策略；
4. 緩存數(shù)據(jù)有兩級(jí)：內(nèi)存和磁盤，因此無(wú)需擔(dān)心容量問(wèn)題；
5. 緩存數(shù)據(jù)會(huì)在虛擬機(jī)重啟的過(guò)程中寫入磁盤；
6. 可以通過(guò) RMI、可插入 API 等方式進(jìn)行分布式緩存；
7. 具有緩存和緩存管理器的偵聽(tīng)接口；
8. 支持多緩存管理器實(shí)例，以及一個(gè)實(shí)例的多個(gè)緩存區(qū)域；
9. 提供 Hibernate 的緩存實(shí)現(xiàn)；
10. 等等 …

由于 EhCache 是進(jìn)程中的緩存系統(tǒng)，一旦將應(yīng)用部署在集群環(huán)境中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)各自的緩存數(shù)據(jù)，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，這些更新的數(shù)據(jù)無(wú)法在其它節(jié)點(diǎn)中共享，這不僅會(huì)降低節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的效率，而且會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不同步的情況發(fā)生。例如某個(gè)網(wǎng)站采用 A、B 兩個(gè)節(jié)點(diǎn)作為集群部署，當(dāng) A 節(jié)點(diǎn)的緩存更新后，而 B 節(jié)點(diǎn)緩存尚未更新就可能出現(xiàn)用戶在瀏覽頁(yè)面的時(shí)候，一會(huì)是更新后的數(shù)據(jù)，一會(huì)是尚未更新的數(shù)據(jù)，盡管我們也可以通過(guò) Session Sticky 技術(shù)來(lái)將用戶鎖定在某個(gè)節(jié)點(diǎn)上，但對(duì)于一些交互性比較強(qiáng)或者是非 Web 方式的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，Session Sticky 顯然不太適合。所以就需要用到 EhCache 的集群解決方案。

EhCache 從 1.7 版本開(kāi)始，支持五種集群方案，分別是：

• Terracotta
• RMI
• JMS
• JGroups
• EhCache Server

本文主要介紹其中的三種最為常用集群方式，分別是 RMI、JGroups 以及 EhCache Server 。

RMI 集群模式

RMI 是 Java 的一種遠(yuǎn)程方法調(diào)用技術(shù)，是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的基于 Java 對(duì)象的通訊方式。EhCache 從 1.2 版本開(kāi)始就支持 RMI 方式的緩存集群。在集群環(huán)境中 EhCache 所有緩存對(duì)象的鍵和值都必須是可序列化的，也就是必須實(shí)現(xiàn) java.io.Serializable 接口，這點(diǎn)在其它集群方式下也是需要遵守的。

下圖是 RMI 集群模式的結(jié)構(gòu)圖：

圖 2. RMI 集群模式結(jié)構(gòu)圖

采用 RMI 集群模式時(shí)，集群中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等關(guān)系，并不存在主節(jié)點(diǎn)或者從節(jié)點(diǎn)的概念，因此節(jié)點(diǎn)間必須有一個(gè)機(jī)制能夠互相認(rèn)識(shí)對(duì)方，必須知道其它節(jié)點(diǎn)的信息，包括主機(jī)地址、端口號(hào)等。EhCache 提供兩種節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)方式：手工配置和自動(dòng)發(fā)現(xiàn)。手工配置方式要求在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中配置其它所有節(jié)點(diǎn)的連接信息，一旦集群中的節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，需要對(duì)緩存進(jìn)行重新配置。

由于 RMI 是 Java 中內(nèi)置支持的技術(shù)，因此使用 RMI 集群模式時(shí)，無(wú)需引入其它的 Jar 包，EhCache 本身就帶有支持 RMI 集群的功能。使用 RMI 集群模式需要在 ehcache.xml 配置文件中定義 cacheManagerPeerProviderFactory 節(jié)點(diǎn)。假設(shè)集群中有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)的 RMI 綁定信息是：

那么對(duì)應(yīng)的手工配置信息如下：

<cacheManagerPeerProviderFactory 

    properties="hostName=localhost,
    port=4567,
    socketTimeoutMillis=2000,
    peerDiscovery=manual,
    rmiUrls=//192.168.0.12:4567/oschina_cache|//192.168.0.13:4567/oschina_cache"
/>

其它節(jié)點(diǎn)配置類似，只需把 rmiUrls 中的兩個(gè) IP 地址換成另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 IP 地址即可。

接下來(lái)在需要進(jìn)行緩存數(shù)據(jù)復(fù)制的區(qū)域（Region）上配置如下即可：

<cache name="sampleCache2"
    maxElementsInMemory="10"
    eternal="false"
    timeToIdleSeconds="100"
    timeToLiveSeconds="100"
    overflowToDisk="false">
    <cacheEventListenerFactory

        properties="replicateAsynchronously=true, 
	replicatePuts=true, 
	replicateUpdates=true,
        replicateUpdatesViaCopy=false, 
	replicateRemovals=true "/>
</cache>

具體每個(gè)參數(shù)代表的意義請(qǐng)參考 EhCache 的手冊(cè)，此處不再詳細(xì)說(shuō)明。

EhCache 的 RMI 集群模式還有另外一種節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)方式，就是通過(guò)多播（ multicast ）來(lái)維護(hù)集群中的所有有效節(jié)點(diǎn)。這也是最為簡(jiǎn)單而且靈活的方式，與手工模式不同的是，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的配置信息都相同，大大方便了節(jié)點(diǎn)的部署，避免人為的錯(cuò)漏出現(xiàn)。

在上述三個(gè)節(jié)點(diǎn)的例子中，配置如下：

<cacheManagerPeerProviderFactory

    properties="peerDiscovery=automatic, multicastGroupAddress=230.0.0.1,
    multicastGroupPort=4446, timeToLive=32"
/>

其中需要指定節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)模式 peerDiscovery 值為 automatic 自動(dòng)；同時(shí)組播地址可以指定 D 類 IP 地址空間，范圍從 224.0.1.0 到 238.255.255.255 中的任何一個(gè)地址。

JGroups 集群模式

EhCache 從 1.5. 版本開(kāi)始增加了 JGroups 的分布式集群模式。與 RMI 方式相比較， JGroups 提供了一個(gè)非常靈活的協(xié)議棧、可靠的單播和多播消息傳輸，主要的缺點(diǎn)是配置復(fù)雜以及一些協(xié)議棧對(duì)第三方包的依賴。

JGroups 也提供了基于 TCP 的單播 ( Unicast ) 和基于 UDP 的多播 ( Multicast ) ，對(duì)應(yīng) RMI 的手工配置和自動(dòng)發(fā)現(xiàn)。使用單播方式需要指定其它節(jié)點(diǎn)的主機(jī)地址和端口，下面是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并使用了單播方式的配置：

<cacheManagerPeerProviderFactory

    properties="connect=TCP(start_port=7800):
        TCPPING(initial_hosts=host1[7800],host2[7800];port_range=10;timeout=3000;
        num_initial_members=3;up_thread=true;down_thread=true):
        VERIFY_SUSPECT(timeout=1500;down_thread=false;up_thread=false):
        pbcast.NAKACK(down_thread=true;up_thread=true;gc_lag=100;
	retransmit_timeout=3000):
        pbcast.GMS(join_timeout=5000;join_retry_timeout=2000;shun=false;
        print_local_addr=false;down_thread=true;up_thread=true)"
propertySeparator="::" />

使用多播方式配置如下：

<cacheManagerPeerProviderFactory

    properties="connect=UDP(mcast_addr=231.12.21.132;mcast_port=45566;):PING:
    MERGE2:FD_SOCK:VERIFY_SUSPECT:pbcast.NAKACK:UNICAST:pbcast.STABLE:FRAG:pbcast.GMS"
    propertySeparator="::"
/>

從上面的配置來(lái)看，JGroups 的配置要比 RMI 復(fù)雜得多，但也提供更多的微調(diào)參數(shù)，有助于提升緩存數(shù)據(jù)復(fù)制的性能。詳細(xì)的 JGroups 配置參數(shù)的具體意義可參考 JGroups 的配置手冊(cè)。

JGroups 方式對(duì)應(yīng)緩存節(jié)點(diǎn)的配置信息如下：

<cache name="sampleCache2"
    maxElementsInMemory="10"
    eternal="false"
    timeToIdleSeconds="100"
    timeToLiveSeconds="100"
    overflowToDisk="false">
    <cacheEventListenerFactory

        properties="replicateAsynchronously=true, replicatePuts=true,
        replicateUpdates=true, replicateUpdatesViaCopy=false, replicateRemovals=true" />
</cache>

使用組播方式的注意事項(xiàng)

使用 JGroups 需要引入 JGroups 的 Jar 包以及 EhCache 對(duì) JGroups 的封裝包 ehcache-jgroupsreplication-xxx.jar 。

在一些啟用了 IPv6 的電腦中，經(jīng)常啟動(dòng)的時(shí)候報(bào)如下錯(cuò)誤信息：

java.lang.RuntimeException: the type of the stack (IPv6) and the user supplied addresses (IPv4) don’t match: /231.12.21.132.

解決的辦法是增加 JVM 參數(shù)：-Djava.net.preferIPv4Stack=true。如果是 Tomcat 服務(wù)器，可在 catalina.bat 或者 catalina.sh 中增加如下環(huán)境變量即可：

SET CATALINA_OPTS=-Djava.net.preferIPv4Stack=true

經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，集群方式下的緩存數(shù)據(jù)都可以在 1 秒鐘之內(nèi)完成到其節(jié)點(diǎn)的復(fù)制。

EhCache Server

與前面介紹的兩種集群方案不同的是， EhCache Server 是一個(gè)獨(dú)立的緩存服務(wù)器，其內(nèi)部使用 EhCache 做為緩存系統(tǒng)，可利用前面提到的兩種方式進(jìn)行內(nèi)部集群。對(duì)外提供編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)的基于 HTTP 的 RESTful 或者是 SOAP 的數(shù)據(jù)緩存操作接口。

下面是 EhCache Server 提供的對(duì)緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的方法：

OPTIONS /{cache}}

獲取某個(gè)緩存的可用操作的信息。

HEAD /{cache}/{element}

獲取緩存中某個(gè)元素的 HTTP 頭信息，例如：

curl --head  http://localhost:8080/ehcache/rest/sampleCache2/2

EhCache Server 返回的信息如下：

HTTP/1.1 200 OK 
X-Powered-By: Servlet/2.5 
Server: GlassFish/v3 
Last-Modified: Sun, 27 Jul 2008 08:08:49 GMT 
ETag: "1217146129490"
Content-Type: text/plain; charset=iso-8859-1 
Content-Length: 157 
Date: Sun, 27 Jul 2008 08:17:09 GMT

GET /{cache}/{element}

讀取緩存中某個(gè)數(shù)據(jù)的值。

PUT /{cache}/{element}

寫緩存。

由于這些操作都是基于 HTTP 協(xié)議的，因此你可以在任何一種編程語(yǔ)言中使用它，例如 Perl、PHP 和 Ruby 等等。

下圖是 EhCache Server 在應(yīng)用中的架構(gòu)：

圖 3. EhCache Server 應(yīng)用架構(gòu)圖

EhCache Server 同時(shí)也提供強(qiáng)大的安全機(jī)制、監(jiān)控功能。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，最大的 Ehcache 單實(shí)例在內(nèi)存中可以緩存 20GB。最大的磁盤可以緩存 100GB。通過(guò)將節(jié)點(diǎn)整合在一起，這樣緩存數(shù)據(jù)就可以跨越節(jié)點(diǎn)，以此獲得更大的容量。將緩存 20GB 的 50 個(gè)節(jié)點(diǎn)整合在一起就是 1TB 了。

總結(jié)

以上我們介紹了三種 EhCache 的集群方案，除了第三種跨編程語(yǔ)言的方案外，EhCache 的集群對(duì)應(yīng)用程序的代碼編寫都是透明的，程序人員無(wú)需考慮緩存數(shù)據(jù)是如何復(fù)制到其它節(jié)點(diǎn)上。既保持了代碼的輕量級(jí)，同時(shí)又支持龐大的數(shù)據(jù)集群。EhCache 可謂是深入人心。

2009 年年中，Terracotta 宣布收購(gòu) EhCache 產(chǎn)品。Terracotta 公司的產(chǎn)品 Terracotta 是一個(gè) JVM 級(jí)的開(kāi)源群集框架，提供 HTTP Session 復(fù)制、分布式緩存、POJO 群集、跨越集群的 JVM 來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式應(yīng)用程序協(xié)調(diào)。最近 EhCache 主要的改進(jìn)都集中在跟 Terracotta 框架的集成上，這是一個(gè)真正意義上的企業(yè)級(jí)緩存解決方案。

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