基于Spring Cloud+Apache Ignite的Redis備用方案實例教程

作者：孫俊輝 2022-10-17 12:12:07

Ignite是一個功能強大的分布式緩存框架，相比Redis更復雜、可閱資料少、學習成本高，本文旨在幫助讀者快速入門。

一、?Apache Ignite

1.簡介

Apache Ignite是一個分布式數據庫，支持以內存級的速度進行高性能計算。Ignite所支持的編程語言主要包括：Java、.NET、C#以及C++，其中Java版本的對應API是最豐富的。

2.應用場景

時下最主流的分布式數據庫應當是Redis，然而某些情況下我們的項目可能無法使用Redis進行開發。例如：由于Redis的底層是使用C語言實現的，而Ignite的底層則是使用Java語言實現，因此如果我們所在公司的云環境不支持C語言環境那么就無法對Redis進行部署。此時，我們可以考慮使用Ignite作為Redis的取代方案。

與Redis相比，Ignite由于也是內存數據庫因而同樣具有很高的計算效率，且也支持Redis這種Key-Value的存儲形式。Ignite中緩存的Key和Value都是Object類型的對象，相比Redis而言更加靈活，可以支持更多用戶自定義的數據類型，而Redis則受限于其所提供的String、Hash、Set等數據類型。

除了具有相似的K-V緩存結構，Ignite還有很多優于Redis的特性，例如：Ignite完全兼容JCache緩存規范而Redis不支持、Ignite完全支持ACID事務而Redis只能提供部分支持、Ignite支持緩存數據的全復制而Redis不支持。

二、Ignite的簡單部署

本章節以主流的Java Maven項目為例，對Ignite的簡單部署和使用進行示例說明。

1.引入

Maven項目當中，Ignite的部署十分簡單，不需要再單獨下載安裝包然后通過終端命令行的方式啟動節點。只需要在項目的pom.xml中添加Ignite的依賴坐標，即可成功對其實現引入。

<!-- ignite的核心依賴 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.ignite</groupId>
    <artifactId>ignite-core</artifactId>
    <version>2.12.0</version>
</dependency>

<!-- ignite和spring關聯的相關依賴 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.ignite</groupId>
    <artifactId>ignite-spring</artifactId>
    <version>2.12.0</version>
</dependency>

值得注意的是，如果項目或子項目的pom.xml文件中引用了h2內存數據庫的相關依賴，那么必須將其版本覆蓋為2.14.197，否則Ignite會報啟動錯誤，這是因為Ignite的jar包中所引入的h2版本是2.14.197，因此如果不一致就會導致版本沖突，進而導致Ignite節點啟動失敗。

2.服務端代碼

首先，在創建Ignite節點之前，我們需要創建一個IgniteConfiguration類型的Ignite配置對象，IgniteConfiguration可以對我們所創建的Ignite節點進行一些自定義的配置。

其中，最基本的配置就是設置當前Ignite服務器節點（自己）所連接的IP地址。Ignite節點之間的網絡通信主要是通過TCP協議實現的，其默認端口是47500。

Ignite的服務發現機制（SPI）主要是通過 TcpDiscoverySpi這個類的對象實現的，我們通過調用其setIpFinder方法給TcpDiscoverySpi設置一個Ip發現器。

TcpDiscoveryVmIpFinder是靜態的IP發現器，可以指定一組IP地址和端口，IP發現器將檢查這些IP地址和端口以進行節點發現。一旦建立了與提供的任何IP地址的連接，Ignite就會自動發現所有其它節點。

Ignite節點的啟動是通過Ignition.start方法觸發的，在對Ignite的節點完成配置后就可以調用該方法啟動一個Ignite節點。在啟動時Ignite會將為節點分配為服務端節點或客戶端節點，如果不進行設置，Ignite節點將自動作為服務端節點啟動。

public class IgniteServerApplication {

   public static void main(String[] args) {
        // 1.創建一個Ignite配置
        IgniteConfiguration cfg = new IgniteConfiguration();
        // 2.創建一個基于TCP的發現其他Ignite實例的Spi對象
        TcpDiscoverySpi discoverySpi = new TcpDiscoverySpi();
        // 3.創建一個IP發現器
        TcpDiscoveryVmIpFinder ipFinder = new TcpDiscoveryVmIpFinder();
        ipFinder.setAddresses(Collections.singleton("127.0.0.1:47500"));//設置IP地址
        discoverySpi.setIpFinder(ipFinder);//設置IP發現器
        cfg.setDiscoverySpi(discoverySpi);//設置Spi
        // 4.啟動Ignite服務器
        Ignition.start(cfg);
   }
  
}

啟動后，IDEA輸出以下信息：

其中，“Ignite node started OK”表示Ignite節點成功啟動。“servers=1, clients=0”表示當前存在1個服務端節點以及0個客戶端節點。

3.客戶端代碼

Ignite客戶端節點的啟動和服務端節點的代碼幾乎完全一樣，由于Ignite節點默認以服務端模式啟動，因此只需要手動地將Ignite設置為客戶端節點即可。

上圖中，IgniteConfiguration的setClientMode(true)方法可以顯式地讓Ignite節點以客戶端的模式啟動。

上圖中，“servers=1, clients=1”表示當前存在1個服務端節點以及1個客戶端節點。

三、Ignite集群

在通過簡單的Java程序實例對Ignite服務端節點和客戶端節點的部署連接進行示例說明后，再簡要地對Ignite的集群特性進行介紹。

1.Ignite節點

Ignite的節點可以分為服務端節點和客戶端節點兩種類型。服務端節點是Ignite集群的主體，主要的作用是存儲數據、執行計算任務等，而客戶端節點只是作為常規節點加入集群，但并不對數據進行存儲。

Ignite節點間可以通過其配置的SPI(Service Provider Interface,服務發現機制)自動相互發現并組成集群。根據具體應用場景的不同，Ignite的SPI主要包括：TCP/IP發現以及ZooKeeper發現兩種類型。通常使用較多的是TCP/IP機制，節點間通過DiscoverySpi相互發現。DiscoverySpi的默認實現是TcpDiscoverySpi，具體可以配置為基于組播的IP發現或者基于靜態的IP發現模式（2.2和2.3節當中的TcpDiscoveryVmIpFinder）。

2.基于組播和靜態的IP發現

和TcpDiscoveryVmIpFinder不同的是，TcpDiscoveryMulticastIpFinder使用組播來發現每個節點，這也是默認的IP發現器。見下圖，兩種IP發現方式在編碼實現上幾乎沒有區別，只需要更改new的ipFinder類型。

TcpDiscoveryMulticastIpFinder還可以同時實現基于組播和靜態的IP發現，通過setMulticastGroup方法接收來自組播的IP地址，同時通過setAddress處理預定義的靜態IP地址。

3.基于JDBC的IP發現

通常情況下，本地開發時我們可以使用基于組播或靜態的IP發現，但公司項目一般部署在云環境，IP地址并不能保證固定不變，可能會由于容器故障重啟或其他不可控原因而動態變化，因此3.2節中的IP發現方式就會失效。Ignite為這種類似的應用場景提供了一種很便捷的SPI：基于JDBC數據庫的IP發現機制。

下面通過一個簡單的例子進行介紹，服務端程序和2.2、2.3節當中的服務端程序區別在于IpFinder的類型不再是TcpDiscoveryVmIpFinder（基于靜態IP）或TcpDiscoveryMulticastIpFinder（基于組播IP），而是TcpDiscoveryJdbcIpFinder。

上圖的Ignite服務端程序使用了基于JDBC的IP發現，此時ipFinder不再通過調用setAddress方法設置IP地址，而是通過setDataSource設置一個JDBC數據源。因此我們首先需要創建一個MysqlDataSource類的MySQL數據源對象，通過其setURL、setUser和setPassword方法分別設置數據源的URL地址、用戶名和密碼，再作為參數傳遞給TcpDiscoveryJdbcIpFinder.setDataSource。

客戶端程序和服務端幾乎是一模一樣的，2.3節所述，區別僅在于客戶端程序員需要顯式地調用IgniteConfiguration.setClientMode(true)方法讓Ignite節點以客戶端的模式啟動。

四、Ignite緩存

在對Ignite的簡單部署和Ignite集群的相關特性有了簡單了解后，我們通過一些簡單的實例來對Ignite的緩存進行示例說明。

1.IgniteCache

Ignite的所有緩存都是IgniteCache類型的，其實K是緩存的鍵，V是緩存的值，分別對應Redis中的key和value。IgniteCache繼承了javax包下的Cache接口，因此如前文所述，Ignite是支持JCache規范的。

2.創建緩存

前文中，由于只是簡單地啟動了Ignite節點，并未進行緩存操作，因此并未對Ignition.start的返回值進行獲取。當我們要進行緩存相關操作時，需要獲取start方法所返回的Ignite實例，通過對該實例對象的調用以實現緩存的相關操作。

如下圖所示，可以通過creatCache或getOrCreateCache兩種方式來獲取IgniteCache類型的緩存對象。如方法名所示，creatCache是直接創建緩存，getOrCreateCache是先獲取緩存，如果不存在則創建緩存。

調用createCache時，如果緩存已經存在則會創建失敗，具體判斷緩存是否存在是根據緩存的名字實現的，每個IgniteCache都有一個緩存名CacheName，我們所傳入的字符串s會被當作cacheName進行創建緩存實例。

除了字符串外，創建緩存時的參數也可以是CacheConfiguration類型的對象，其K和V表示的是緩存的Key和Value的類型。CacheConfiguration的setName方法可以設置Ignite緩存的名稱，效果等同于createCache(String s)，因此如果像下圖這樣創建緩存就會創建失敗，因為兩個緩存的名稱都叫做“name”。

啟動Ignite客戶端程序，IDEA控制臺輸出如下錯誤，可見Ignite是通過緩存的name字段判斷緩存是否沖突的。

3.獲取緩存

獲取緩存主要有兩種方法：Ignite.cache和4.2節中的Ignite.getOrCreateCache。其中cache(String s)方法的參數是緩存的名稱，getOrCreateCache的參數可以是String類型的緩存名稱，也可以是CacheConfiguration的緩存配置。值得注意的是，必須保證緩存是已經存在的，否則會導致異常。

Java示例代碼：

IDEA控制臺輸出結果如下，圖中我們也可以得知，此時IgniteCache接口的具體實現類是GatewayProtectedCacheProxy類型的實例對象。

4.銷毀緩存

Ignite緩存的銷毀也有兩種方式，通過Ignite的destoryCache或IgniteCache的destory方法實現。

Java示例代碼：

IDEA控制臺輸出結果如下：

5.向緩存中寫數據

Ignite緩存的寫入主要通過put方法實現，鍵值均是Object類對象，既可以是Java原生對象，也可以是自定義的類對象。除此之外，也可以通過putAll一次性存入多個鍵值對。帶Async后綴的方法則是異步實現，帶IfAbsent的方法表示不存在時存入數據，getAndPut則會獲取所寫入的緩存數據。