缓存

缓存的原则

缓存是一个大型系统中非常重要的一个组成部分。在硬件层面,大部分的计算机硬件都会用缓存来提高速度,比如 CPU 会有多级缓存、RAID 卡也有读写缓存。在软件层面,我们用的数据库就是一个缓存设计非常好的例子,在 SQL 语句的优化、索引设计、磁盘读写的各个地方,都有缓存,建议大家在设计自己的缓存之前,先去了解下 MySQL 里面的各种缓存机制,感兴趣的可以去看下High Performance MySQL这本非常有价值的书。

一个生产环境的缓存系统,需要根据自己的业务场景和系统瓶颈,来找出最好的方案,这是一门平衡的艺术。

一般来说,缓存有两个原则。一是越靠近用户的请求越好,比如能用本地缓存的就不要发送 HTTP 请求,能用 CDN 缓存的就不要打到 Web 服务器,能用 Nginx 缓存的就不要用数据库的缓存;二是尽量使用本进程和本机的缓存解决,因为跨了进程和机器甚至机房,缓存的网络开销就会非常大,在高并发的时候会非常明显。

OpenResty 的缓存

我们介绍下在 OpenResty 里面,有哪些缓存的方法。

使用 Lua shared dict

我们看下面这段代码:

function get_from_cache(key)
    local cache_ngx = ngx.shared.my_cache
    local value = cache_ngx:get(key)
    return value
end

function set_to_cache(key, value, exptime)
    if not exptime then
        exptime = 0
    end

    local cache_ngx = ngx.shared.my_cache
    local succ, err, forcible = cache_ngx:set(key, value, exptime)
    return succ
end

这里面用的就是 ngx shared dict cache。你可能会奇怪,ngx.shared.my_cache 是从哪里冒出来的?没错,少贴了 nginx.conf 里面的修改:

lua_shared_dict my_cache 128m;

如同它的名字一样,这个 cache 是 Nginx 所有 worker 之间共享的,内部使用的 LRU 算法(最近最少使用)来判断缓存是否在内存占满时被清除。

使用Lua LRU cache

直接复制下春哥的示例代码:

local _M = {}

-- alternatively: local lrucache = require "resty.lrucache.pureffi"
local lrucache = require "resty.lrucache"

-- we need to initialize the cache on the Lua module level so that
-- it can be shared by all the requests served by each nginx worker process:
local c = lrucache.new(200)  -- allow up to 200 items in the cache
if not c then
    return error("failed to create the cache: " .. (err or "unknown"))
end

function _M.go()
    c:set("dog", 32)
    c:set("cat", 56)
    ngx.say("dog: ", c:get("dog"))
    ngx.say("cat: ", c:get("cat"))

    c:set("dog", { age = 10 }, 0.1)  -- expire in 0.1 sec
    c:delete("dog")
end

return _M

可以看出来,这个 cache 是 worker 级别的,不会在 Nginx wokers 之间共享。并且,它是预先分配好 key 的数量,而 shared dict 需要自己用 key 和 value 的大小和数量,来估算需要把内存设置为多少。

如何选择?

shared.dict 使用的是共享内存,每次操作都是全局锁,如果高并发环境,不同 worker 之间容易引起竞争。所以单个 shared.dict 的体积不能过大。lrucache 是 worker 内使用的,由于 Nginx 是单进程方式存在,所以永远不会触发锁,效率上有优势,并且没有 shared.dict 的体积限制,内存上也更弹性,但不同 worker 之间数据不同享,同一缓存数据可能被冗余存储。

你需要考虑的,一个是 Lua lru cache 提供的 API 比较少,现在只有 get、set 和 delete,而 ngx shared dict 还可以 add、replace、incr、get_stale(在 key 过期时也可以返回之前的值)、get_keys(获取所有 key,虽然不推荐,但说不定你的业务需要呢);第二个是内存的占用,由于 ngx shared dict 是 workers 之间共享的,所以在多 worker 的情况下,内存占用比较少。