Reactive Spring实战 — 响应式Redis交互

本文分享Spring中如何实现Redis响应式交互模式。

本文将模拟一个用户服务,并使用Redis作为数据存储服务器。
本文涉及两个java bean,用户与权益

public class User {
    private long id;
    private String name;
    // 标签
    private String label;
    // 收货地址经度
    private Double deliveryAddressLon;
    // 收货地址维度
    private Double deliveryAddressLat;
    // 最新签到日
    private String lastSigninDay;
    // 积分
    private Integer score;
    // 权益
    private List<Rights> rights;
    ...
}

public class Rights {
    private Long id;
    private Long userId;
    private String name;
    ...
}

启动

引入依赖

    <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-data-redis-reactive</artifactId>
    </dependency>

添加Redis配置

spring.redis.host=192.168.56.102
spring.redis.port=6379
spring.redis.password=
spring.redis.timeout=5000

SpringBoot启动

@SpringBootApplication
public class UserServiceReactive {
    public static void main(String[] args) {
        new SpringApplicationBuilder(
                UserServiceReactive.class)
                .web(WebApplicationType.REACTIVE).run(args);
    }
}

应用启动后,Spring会自动生成ReactiveRedisTemplate(它的底层框架是Lettuce)。
ReactiveRedisTemplate与RedisTemplate使用类似,但它提供的是异步的,响应式Redis交互方式。
这里再强调一下,响应式编程是异步的,ReactiveRedisTemplate发送Redis请求后不会阻塞线程,当前线程可以去执行其他任务。
等到Redis响应数据返回后,ReactiveRedisTemplate再调度线程处理响应数据。
响应式编程可以通过优雅的方式实现异步调用以及处理异步结果,正是它的最大的意义。

序列化

ReactiveRedisTemplate默认使用的序列化是Jdk序列化,我们可以配置为json序列化

@Bean
public RedisSerializationContext redisSerializationContext() {
    RedisSerializationContext.RedisSerializationContextBuilder builder = RedisSerializationContext.newSerializationContext();
    builder.key(StringRedisSerializer.UTF_8);
    builder.value(RedisSerializer.json());
    builder.hashKey(StringRedisSerializer.UTF_8);
    builder.hashValue(StringRedisSerializer.UTF_8);

    return builder.build();
}

@Bean
public ReactiveRedisTemplate reactiveRedisTemplate(ReactiveRedisConnectionFactory connectionFactory) {
    RedisSerializationContext serializationContext = redisSerializationContext();
    ReactiveRedisTemplate reactiveRedisTemplate = new ReactiveRedisTemplate(connectionFactory,serializationContext);
    return reactiveRedisTemplate;
}

builder.hashValue方法指定Redis列表值的序列化方式,由于本文Redis列表值只存放字符串,所以还是设置为StringRedisSerializer.UTF_8。

基本数据类型

ReactiveRedisTemplate支持Redis字符串,散列,列表,集合,有序集合等基本的数据类型。
本文使用散列保存用户信息,列表保存用户权益,其他基本数据类型的使用本文不展开。

public Mono<Boolean>  save(User user) {
    ReactiveHashOperations<String, String, String> opsForHash = redisTemplate.opsForHash();
    Mono<Boolean>  userRs = opsForHash.putAll("user:" + user.getId(), beanToMap(user));
    if(user.getRights() != null) {
        ReactiveListOperations<String, Rights> opsForRights = redisTemplate.opsForList();
        opsForRights.leftPushAll("user:rights:" + user.getId(), user.getRights()).subscribe(l -> {
            logger.info("add rights:{}", l);
        });
    }
    return userRs;
}

beanToMap方法负责将User类转化为map。

HyperLogLog

Redis HyperLogLog结构可以统计一个集合内不同元素的数量。
使用HyperLogLog统计每天登录的用户量

public Mono<Long>  login(User user) {
    ReactiveHyperLogLogOperations<String, Long> opsForHyperLogLog = redisTemplate.opsForHyperLogLog();
    return opsForHyperLogLog.add("user:login:number:" + LocalDateTime.now().toString().substring(0, 10), user.getId());
}

BitMap

Redis BitMap(位图)通过一个Bit位表示某个元素对应的值或者状态。由于Bit是计算机存储中最小的单位,使用它进行储存将非常节省空间。
使用BitMap记录用户本周是否有签到

public void addSignInFlag(long userId) {
    String key = "user:signIn:" + LocalDateTime.now().getDayOfYear()/7 + (userId >> 16);
    redisTemplate.opsForValue().setBit(
            key, userId & 0xffff , true)
    .subscribe(b -> logger.info("set:{},result:{}", key, b));
}

userId高48位用于将用户划分到不同的key,低16位作为位图偏移参数offset。
offset参数必须大于或等于0,小于2^32(bit 映射被限制在 512 MB 之内)。

Geo

Redis Geo可以存储地理位置信息,并对地理位置进行计算。
如查找给定范围内的仓库信息

public Flux getWarehouseInDist(User u, double dist) {
    ReactiveGeoOperations<String, String> geo = redisTemplate.opsForGeo();
    Circle circle = new Circle(new Point(u.getDeliveryAddressLon(), u.getDeliveryAddressLat()), dist);
    RedisGeoCommands.GeoRadiusCommandArgs args =
            RedisGeoCommands.GeoRadiusCommandArgs.newGeoRadiusArgs().includeDistance().sortAscending();
    return geo.radius("warehouse:address", circle, args);
}

warehouse:address这个集合中需要先保存好仓库地理位置信息。
ReactiveGeoOperations#radius方法可以查找集合中地理位置在给定范围内的元素,它中还支持添加元素到集合,计算集合中两个元素地理位置距离等操作。

Lua

ReactiveRedisTemplate也可以执行Lua脚本。
下面通过Lua脚本完成用户签到逻辑:如果用户今天未签到,允许签到,积分加1,如果用户今天已签到,则拒接操作。

public Flux<String> addScore(long userId) {
    DefaultRedisScript<String> script = new DefaultRedisScript<>();
    script.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("/signin.lua")));
    List<String> keys = new ArrayList<>();
    keys.add(String.valueOf(userId));
    keys.add(LocalDateTime.now().toString().substring(0, 10));
    return redisTemplate.execute(script, keys);
}

signin.lua内容如下

local score=redis.call('hget','user:'..KEYS[1],'score')
local day=redis.call('hget','user:'..KEYS[1],'lastSigninDay')
if(day==KEYS[2])
    then
    return '0'
else
    redis.call('hset','user:'..KEYS[1],'score', score+1,'lastSigninDay',KEYS[2])
    return '1'
end

Stream

Redis Stream 是 Redis 5.0 版本新增加的数据类型。该类型可以实现消息队列,并提供消息的持久化和主备复制功能,并且可以记住每一个客户端的访问位置,还能保证消息不丢失。

Redis借鉴了kafka的设计,一个Stream内可以存在多个消费组,一个消费组内可以存在多个消费者。
如果一个消费组内某个消费者消费了Stream中某条消息,则这消息不会被该消费组其他消费者消费到,当然,它还可以被其他消费组中某个消费者消费到。

下面定义一个Stream消费者,负责处理接收到的权益数据

@Component
public class RightsStreamConsumer implements ApplicationRunner, DisposableBean {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RightsStreamConsumer.class);

    @Autowired
    private RedisConnectionFactory redisConnectionFactory;

    private StreamMessageListenerContainer<String, ObjectRecord<String, Rights>> container;
    // Stream队列
    private static final String STREAM_KEY = "stream:user:rights";
    // 消费组
    private static final String STREAM_GROUP = "user-service";
    // 消费者
    private static final String STREAM_CONSUMER = "consumer-1";

    @Autowired
    @Qualifier("reactiveRedisTemplate")
    private ReactiveRedisTemplate redisTemplate;

    public void run(ApplicationArguments args) throws Exception {

        StreamMessageListenerContainer.StreamMessageListenerContainerOptions<String, ObjectRecord<String, Rights>> options =
                StreamMessageListenerContainer.StreamMessageListenerContainerOptions.builder()
                        .batchSize(100) //一批次拉取的最大count数
                        .executor(Executors.newSingleThreadExecutor())  //线程池
                        .pollTimeout(Duration.ZERO) //阻塞式轮询
                        .targetType(Rights.class) //目标类型(消息内容的类型)
                        .build();
        // 创建一个消息监听容器
        container = StreamMessageListenerContainer.create(redisConnectionFactory, options);

        // prepareStreamAndGroup查找Stream信息,如果不存在,则创建Stream
        prepareStreamAndGroup(redisTemplate.opsForStream(), STREAM_KEY , STREAM_GROUP)
                .subscribe(stream -> {
            // 为Stream创建一个消费者,并绑定处理类
            container.receive(Consumer.from(STREAM_GROUP, STREAM_CONSUMER),
                    StreamOffset.create(STREAM_KEY, ReadOffset.lastConsumed()),
                    new StreamMessageListener());
            container.start();
        });
    }

    @Override
    public void destroy() throws Exception {
        container.stop();
    }

    // 查找Stream信息,如果不存在,则创建Stream
    private Mono<StreamInfo.XInfoStream> prepareStreamAndGroup(ReactiveStreamOperations<String, ?, ?> ops, String stream, String group) {
        // info方法查询Stream信息,如果该Stream不存在,底层会报错,这时会调用onErrorResume方法。
        return ops.info(stream).onErrorResume(err -> {
            logger.warn("query stream err:{}", err.getMessage());
            // createGroup方法创建Stream
            return ops.createGroup(stream, group).flatMap(s -> ops.info(stream));
        });
    }

    // 消息处理对象
    class  StreamMessageListener implements StreamListener<String, ObjectRecord<String, Rights>> {
        public void onMessage(ObjectRecord<String, Rights> message) {
            // 处理消息
            RecordId id = message.getId();
            Rights rights = message.getValue();
            logger.info("receive id:{},rights:{}", id, rights);
            redisTemplate.opsForList().leftPush("user:rights:" + rights.getUserId(), rights).subscribe(l -> {
                logger.info("add rights:{}", l);
            });
        }
    }
}

下面看一下如何发送信息

public Mono<RecordId> addRights(Rights r) {
    String streamKey = "stream:user:rights";//stream key
    ObjectRecord<String, Rights> record = ObjectRecord.create(streamKey, r);
    Mono<RecordId> mono = redisTemplate.opsForStream().add(record);
    return mono;
}

创建一个消息记录对象ObjectRecord,并通过ReactiveStreamOperations发送信息记录。

Sentinel、Cluster

ReactiveRedisTemplate也支持Redis Sentinel、Cluster集群模式,只需要调整配置即可。
Sentinel配置如下

spring.redis.sentinel.master=mymaster
spring.redis.sentinel.nodes=172.17.0.4:26379,172.17.0.5:26379,172.17.0.6:26379
spring.redis.sentinel.password=

spring.redis.sentinel.nodes配置的是Sentinel节点IP地址和端口,不是Redis实例节点IP地址和端口。

Cluster配置如下

spring.redis.cluster.nodes=172.17.0.2:6379,172.17.0.3:6379,172.17.0.4:6379,172.17.0.5:6379,172.17.0.6:6379,172.17.0.7:6379
spring.redis.lettuce.cluster.refresh.period=10000
spring.redis.lettuce.cluster.refresh.adaptive=true

如Redis Cluster中node2是node1的从节点,Lettuce中会缓存该信息,当node1宕机后,Redis Cluster会将node2升级为主节点。但Lettuce不会自动将请求切换到node2,因为它的缓冲没有刷新。
开启spring.redis.lettuce.cluster.refresh.adaptive配置,Lettuce可以定时刷新Redis Cluster集群缓存信息,动态改变客户端的节点情况,完成故障转移。

暂时未发现ReactiveRedisTemplate实现pipeline,事务的方案。

官方文档:https://docs.spring.io/spring-data/redis/docs/current/reference/html/#redis:reactive
文章完整代码:https://gitee.com/binecy/bin-springreactive/tree/master/user-service

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