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深入探讨在集群环境中使用 EhCache 缓存系统

原创 Linux操作系统 作者:yaohuacheng 时间:2012-02-28 14:10:13 0 删除 编辑
[转]深入探讨在集群环境中使用 EhCache 缓存系统 作者:刘柄成 http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-ehcache/index.html


EhCache 缓存系统简介

EhCache 是一个纯 Java 的进程内缓存框架,具有快速、精干等特点,是 Hibernate 中默认的 CacheProvider。

下图是 EhCache 在应用程序中的位置:


图 1. EhCache 应用架构图
图 1. EhCache 应用架构图

EhCache 的主要特性有:

  1. 快速;
  2. 简单;
  3. 多种缓存策略;
  4. 缓存数据有两级:内存和磁盘,因此无需担心容量问题;
  5. 缓存数据会在虚拟机重启的过程中写入磁盘;
  6. 可以通过 RMI、可插入 API 等方式进行分布式缓存;
  7. 具有缓存和缓存管理器的侦听接口;
  8. 支持多缓存管理器实例,以及一个实例的多个缓存区域;
  9. 提供 Hibernate 的缓存实现;
  10. 等等 …

由于 EhCache 是进程中的缓存系统,一旦将应用部署在集群环境中,每一个节点维护各自的缓存数据,当某个节点对缓存数据进行更新,这些更新的数据无法在其它节点中共享,这不仅会降低节点运行的效率,而且会导致数据不同步的情况发生。例如某个网站采用 A、B 两个节点作为集群部署,当 A 节点的缓存更新后,而 B 节点缓存尚未更新就可能出现用户在浏览页面的时候,一会是更新后的数据,一会是尚未更新的数据,尽管我们也可以通过 Session Sticky 技术来将用户锁定在某个节点上,但对于一些交互性比较强或者是非 Web 方式的系统来说,Session Sticky 显然不太适合。所以就需要用到 EhCache 的集群解决方案。

EhCache 从 1.7 版本开始,支持五种集群方案,分别是:

  • Terracotta
  • RMI
  • JMS
  • JGroups
  • EhCache Server

本文主要介绍其中的三种最为常用集群方式,分别是 RMI、JGroups 以及 EhCache Server 。


RMI 集群模式

RMI 是 Java 的一种远程方法调用技术,是一种点对点的基于 Java 对象的通讯方式。EhCache 从 1.2 版本开始就支持 RMI 方式的缓存集群。在集群环境中 EhCache 所有缓存对象的键和值都必须是可序列化的,也就是必须实现 java.io.Serializable 接口,这点在其它集群方式下也是需要遵守的。

下图是 RMI 集群模式的结构图:


图 2. RMI 集群模式结构图
图 2. RMI 集群模式结构图

采用 RMI 集群模式时,集群中的每个节点都是对等关系,并不存在主节点或者从节点的概念,因此节点间必须有一个机制能够互相认识对方,必须知道其它节点的信息,包括主机地址、端口号等。EhCache 提供两种节点的发现方式:手工配置和自动发现。手工配置方式要求在每个节点中配置其它所有节点的连接信息,一旦集群中的节点发生变化时,需要对缓存进行重新配置。

由于 RMI 是 Java 中内置支持的技术,因此使用 RMI 集群模式时,无需引入其它的 Jar 包,EhCache 本身就带有支持 RMI 集群的功能。使用 RMI 集群模式需要在 ehcache.xml 配置文件中定义 cacheManagerPeerProviderFactory 节点。假设集群中有两个节点,分别对应的 RMI 绑定信息是:

节点 1 192.168.0.11 4567 /oschina_cache
节点 2 192.168.0.12 4567 /oschina_cache
节点 3 192.168.0.13 4567 /oschina_cache

那么对应的手工配置信息如下:



其它节点配置类似,只需把 rmiUrls 中的两个 IP 地址换成另外两个节点对应的 IP 地址即可。

接下来在需要进行缓存数据复制的区域(Region)上配置如下即可:


    


具体每个参数代表的意义请参考 EhCache 的手册,此处不再详细说明。

EhCache 的 RMI 集群模式还有另外一种节点发现方式,就是通过多播( multicast )来维护集群中的所有有效节点。这也是最为简单而且灵活的方式,与手工模式不同的是,每个节点上的配置信息都相同,大大方便了节点的部署,避免人为的错漏出现。

在上述三个节点的例子中,配置如下:



其中需要指定节点发现模式 peerDiscovery 值为 automatic 自动;同时组播地址可以指定 D 类 IP 地址空间,范围从 224.0.1.0 到 238.255.255.255 中的任何一个地址。


JGroups 集群模式

EhCache 从 1.5. 版本开始增加了 JGroups 的分布式集群模式。与 RMI 方式相比较, JGroups 提供了一个非常灵活的协议栈、可靠的单播和多播消息传输,主要的缺点是配置复杂以及一些协议栈对第三方包的依赖。

JGroups 也提供了基于 TCP 的单播 ( Unicast ) 和基于 UDP 的多播 ( Multicast ) ,对应 RMI 的手工配置和自动发现。使用单播方式需要指定其它节点的主机地址和端口,下面是两个节点,并使用了单播方式的配置:



使用多播方式配置如下:



从上面的配置来看,JGroups 的配置要比 RMI 复杂得多,但也提供更多的微调参数,有助于提升缓存数据复制的性能。详细的 JGroups 配置参数的具体意义可参考 JGroups 的配置手册。

JGroups 方式对应缓存节点的配置信息如下:


    


使用组播方式的注意事项

使用 JGroups 需要引入 JGroups 的 Jar 包以及 EhCache 对 JGroups 的封装包 ehcache-jgroupsreplication-xxx.jar 。

在一些启用了 IPv6 的电脑中,经常启动的时候报如下错误信息:

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

解决的办法是增加 JVM 参数:-Djava.net.preferIPv4Stack=true。如果是 Tomcat 服务器,可在 catalina.bat 或者 catalina.sh 中增加如下环境变量即可:

 SET CATALINA_OPTS=-Djava.net.preferIPv4Stack=true 

经过实际测试发现,集群方式下的缓存数据都可以在 1 秒钟之内完成到其节点的复制。


EhCache Server

与前面介绍的两种集群方案不同的是, EhCache Server 是一个独立的缓存服务器,其内部使用 EhCache 做为缓存系统,可利用前面提到的两种方式进行内部集群。对外提供编程语言无关的基于 HTTP 的 RESTful 或者是 SOAP 的数据缓存操作接口。

下面是 EhCache Server 提供的对缓存数据进行操作的方法:

OPTIONS /{cache}}

获取某个缓存的可用操作的信息。

HEAD /{cache}/{element}

获取缓存中某个元素的 HTTP 头信息,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}

读取缓存中某个数据的值。

PUT /{cache}/{element}

写缓存。

由于这些操作都是基于 HTTP 协议的,因此你可以在任何一种编程语言中使用它,例如 Perl、PHP 和 Ruby 等等。

下图是 EhCache Server 在应用中的架构:


图 3. EhCache Server 应用架构图
图 3. EhCache Server 应用架构图

EhCache Server 同时也提供强大的安全机制、监控功能。在数据存储方面,最大的 Ehcache 单实例在内存中可以缓存 20GB。最大的磁盘可以缓存 100GB。通过将节点整合在一起,这样缓存数据就可以跨越节点,以此获得更大的容量。将缓存 20GB 的 50 个节点整合在一起就是 1TB 了。


总结

以上我们介绍了三种 EhCache 的集群方案,除了第三种跨编程语言的方案外,EhCache 的集群对应用程序的代码编写都是透明的,程序人员无需考虑缓存数据是如何复制到其它节点上。既保持了代码的轻量级,同时又支持庞大的数据集群。EhCache 可谓是深入人心。

2009 年年中,Terracotta 宣布收购 EhCache 产品。Terracotta 公司的产品 Terracotta 是一个 JVM 级的开源群集框架,提供 HTTP Session 复制、分布式缓存、POJO 群集、跨越集群的 JVM 来实现分布式应用程序协调。最近 EhCache 主要的改进都集中在跟 Terracotta 框架的集成上,这是一个真正意义上的企业级缓存解决方案。


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