DCache 分布式存储系统｜Key-Value 缓存模块的创建与使用
作者 | Eaton
导语 | 随着微服务与云的发展，分布式架构的需求变得越来越普遍，传统的 SQL 结构化存储方案已经跟不上脚步，于是 NoSQL 出现了。DCache 作为基于 TARS 的分布式 NoSQL 缓存系统，完美支持 TARS 服务。在前一篇文章中，我们介绍了 DCache 的特性、如何在 TARS 上部署 DCache 并创建一个应用 TestDemo。本文将继续介绍如何创建和使用 DCache 中的 KV 缓存模块。
系列文章
- DCache 分布式存储系统｜DCache 部署与应用创建
- DCache 分布式存储系统｜Key-Value 缓存模块的创建与使用
目录
- 简介
- 应用场景
- 创建 KV 缓存模块
- 获取 DCache 接口文件
- 创建缓存服务代理
- 调用缓存模块服务
- 总结
简介
DCache 是一个基于 TARS 框架开发的分布式 NoSQL 存储系统，支持多种数据结构，包括了 key-value（键值对），k-k-row（多键值），list（列表），set（集合），zset（有序集合）等，满足多种业务需求。
其中 key-value 是最简单也是最常用的类型，我们只需完成以下步骤即可在服务中使用 key-value 缓存服务
- 创建 KV 缓存模块
- 获取 DCache 接口文件
- 创建缓存服务代理
- 调用缓存模块服务
DCache 中为 KV 提供了插入、替换、删除和批量操作键值等丰富的操作接口，使用上非常方便。本文将基于 TestDemo 介绍如何创建 Key-Value 缓存模块，以及怎么在 TARS 服务中调用该服务来缓存数据。
本文使用的示例可以在 GitHub 仓库 DCacheDemo 中查看。
应用场景
DCache 的 KV 缓存模块为常规 key-value 缓存应用，一个键 key 对应一个值 value。value 一般为字符串类型。适用于结构简单的数据，常用于常规计数，如微博数, 粉丝数等，如下图。
对于一些复杂的结构化数据，比如需要为一个 key 存储多个值，通常有两种实现方式。一种是通过序列化存储实现，将多个字段存储在 value 中，需要处理多个字段并发读写的问题。另一种是通过将 id 和字段作为 key 的方式存储多个键值对实现，比如 Jane_age 存储 Jane 的年龄, Jane_email 存储 Jane 的邮箱，这样 key 中会有大量重复用户 ID。如下图
因此一般会使用其它缓存类型来存储结构化数据，比如 DCache 中的 k-k-row。该类型我们将在下一篇文章详细介绍。
创建 KV 缓存模块
与 TARS 中应用与服务之间的关系相似，一个 DCache 应用中能够创建多个缓存模块服务。每个缓存模块支持一种缓存数据结构，通过在一个应用中创建多个不同数据结构的缓存模块，能够实现多种数据类型的存储，满足多种需求。本文将介绍如何创建 KV 模块，其他数据类型相关内容将在之后的文章中分享。
首先，在 DCache 页面进入 服务创建 > 创建模块，选择我们之前创建的应用 TestDemo，模块名要求以应用名开头，这里我们因为创建的是 KV 模块，我们命名 TestDemoKV，如下
进入第二步的模块配置，cache 类型 选择 key-value(KVCache)，填充备注
第三步服务配置，选好服务 IP 节点，并选择一个 MySQL 实例，在前一篇文章中我们已经添加过一个 MySQL 实例。如果需要使用新的 MySQL 服务，选中下方的 MySQL 实例信息 输入实例信息即可。如下，点击 下一步
弹出字段配置窗口，保持默认即可，点击 确定
确认好已配置信息后，点击 安装发布 即可完成发布。
到这里，我们就可以在其它服务中使用该缓存模块来缓存 Key-Value 数据了。
总体来说，创建缓存模块的过程分为三步：模块创建、模块配置和服务配置。模块配置时，大家按需选择缓存类型即可。
获取 DCache 接口文件
我们提到过，DCache 是基于 TARS 开发的，因此使用上和 TARS 服务一样，也是通过 .tars 接口文件来调用对应缓存服务的接口。不同的是，DCache 的接口文件是固定的，我们只需复制 DCache/src/TarsComm 下的 CacheShare.tars, ProxyShare.tars 和 DCache/src/Proxy 下的 Proxy.tars 到自己项目目录下即可。
例如本文 Demo 获取 DCache 接口文件后的项目文件结构如下
DCacheDemo
├── CacheShare.tars
├── ProxyShare.tars
├── Proxy.tars
├── config.conf
├── main.cpp
└── makefile
创建缓存服务代理
当我们创建了一个应用，它会自动创建一个路由服务和代理服务。比如我们之前创建的 TestDemo，就会自动创建一个路由服务 TestDemoRouterServer 和一个代理服务 TestDemoProxyServer。TestDemo 下每个缓存模块都是通过代理服务 TestDemoProxyServer 来访问的。
因此，在 TARS 服务或客户端中，我们只需要创建一个该代理服务的代理对象即可调用 TestDemo 下的缓存模块。
例如，我们在 main.cpp 中通过如下代码创建 TestDemoProxyServer 的代理对象 prx
// main.cpp
#include <iostream>
#include <map>
#include "servant/Communicator.h"
#include "servant/ServantProxy.h"
#include "Proxy.h"
using namespace std;
using namespace tars;
// TestDemo 代理服务对象名
static string DCacheTestDemoObj = "DCache.TestDemoProxyServer.ProxyObj";
// 缓存模块名
static string ModuleTestDemoKV = "TestDemoKV";
int main(int argc, char *argv[])
{
CommunicatorPtr comm = new Communicator();
try
{
TC_Config conf;
// 解析配置文件
conf.parseFile("config.conf");
// 加载配置
comm->setProperty(conf);
// 生成代理
auto prx = comm->stringToProxy<DCache::ProxyPrx>(DCacheTestDemoObj);
// TODO: 调用 DCache 缓存服务
}
catch (exception &e)
{
cerr << "error: " << e.what() << endl;
}
catch (...)
{
cerr << "Unknown Error" << endl;
}
}
调用 KV 缓存模块服务
通过 TestDemo 代理服务的代理对象，我们就能够调用 TestDemo 中缓存模块的接口了。本部分将通过简单示例，介绍 key-value 类型缓存模块部分接口的使用。关于其它接口的信息，参见 Proxy 接口指南。
接口调用流程与 TARS 服务接口调用流程一致。如果你还不清楚 TARS 服务的调用方式和流程，可以阅读文章 TARS RPC 通信框架｜提供多种远程调用方式。
那么接下来，我们来看看怎么使用 KV 缓存模块。
Key-Value 模块
即键值对模块，这里我们介绍写接口 setKV 和读接口 getKV，其它操作接口的使用类似。
设置键值对
接口 setKV 能够设置键值对，定义如下
int setKV(const SetKVReq &req)
其中结构 SetKVReq 及其嵌套结构 SSetKeyValue 的定义如下
struct SetKVReq
{
1 require string moduleName; // 模块名
2 require SSetKeyValue data;
};
struct SSetKeyValue
{
1 require string keyItem; // 键
2 require string value; // 值
3 require byte version = 0; // 数据版本，缺省为0
4 require bool dirty = true; // 是否设置为脏数据，缺省为true
5 require int expireTimeSecond = 0; // 过期时间，缺省为0，表示永不过期
};
moduleName 指缓存模块名，通过它来找到具体调用的模块，键值对信息则存储在 data 中。使用时先构造键值对数据，然后构造请求结构体，最后发起调用，如下
void testSetKV(const string &key, const string &value, DCache::ProxyPrx prx)
{
// 构造键值对
DCache::SSetKeyValue setReq;
setReq.keyItem = key;
setReq.value = value;
// 构造请求
DCache::SetKVReq setRsp;
setRsp.moduleName = ModuleTestDemoKV;
setRsp.data = setReq;
prx->setKV(setRsp);
}
获取键值
接口 getKV 能够读取键值，定义如下
int getKV(const GetKVReq &req, GetKVRsp &rsp)
其中请求消息结构 GetKVReq 和返回消息结构 GetKVRsp 的定义如下
struct GetKVReq
{
1 require string moduleName; // 模块名
2 require string keyItem; // 键
3 require string idcSpecified = ""; // idc区域
};
struct GetKVRsp
{
1 require string value; // 值
2 require byte ver; // 数据版本号
3 require int expireTime = 0; // 过期时间
};
使用示例如下
void testGetKV(const string &key, DCache::ProxyPrx prx)
{
// 构建请求
DCache::GetKVReq getReq;
getReq.moduleName = ModuleTestDemoKV;
getReq.keyItem = key;
// 返回数据结构体
DCache::GetKVRsp getRsp;
prx->getKV(getReq, getRsp);
cout << getRsp.value << endl;
}
运行示例
我们来实际运行一下上面的使用示例。完整的使用示例可以在 GitHub 仓库 DCacheDemo 中获取。
我们通过 testKV 测试上节提到的各模块读写接口，如下
void testKV(DCache::ProxyPrx prx)
{
testSetKV("hello", "world", prx);
testGetKV("hello", prx);
}
接着，在 main 函数中执行
int main(int argc, char *argv[])
{
...
auto prx = comm->stringToProxy<DCache::ProxyPrx>(DCacheTestDemoObj);
// 调用 DCache 缓存服务
testKV(prx);
...
}
编译构建并运行示例，结果如下
通过上述 DCache 缓存模块的具体使用流程，我们成功调用了 DCache 的 KV 缓存服务。
KV 缓存模块服务接口
除了设置键值接口 setKV 和读取键值接口 getKV，DCache 中还提供了丰富的 KV 操作接口，包括插入(insertKV), 删除(delKV), 更新(updateKV) 等，如下
// 根据 key 检测 value 是否存于 hash
int checkKey(CheckKeyReq req, out CheckKeyRsp rsp);
// 根据 key 查询 value
int getKV(GetKVReq req, out GetKVRsp rsp);
// 批量查询
int getKVBatch(GetKVBatchReq req, out GetKVBatchRsp rsp);
// 获取 cache 中所有的 key，不包含落地 DB 的 key
int getAllKeys(GetAllKeysReq req, out GetAllKeysRsp rsp);
// 单条写入
int setKV(SetKVReq req);
// 批量写入
int setKVBatch(SetKVBatchReq req, out SetKVBatchRsp rsp);
// key 不存在则插入一条记录，key 已存在则失败
int insertKV(SetKVReq req);
// 更新记录
int updateKV(UpdateKVReq req, out UpdateKVRsp rsp);
// 删除 key 对应的值，只删除 Cache 的数据，不删 DB 数据
int eraseKV(RemoveKVReq req);
// 批量 erase
int eraseKVBatch(RemoveKVBatchReq req, out RemoveKVBatchRsp rsp);
// 删除 key 对应的值,包括 DB 里的数据
int delKV(RemoveKVReq req);
// 批量删除
int delKVBatch(RemoveKVBatchReq req, out RemoveKVBatchRsp rsp);
接口的使用方式与前面介绍的 setKV 和 getKV 是类似的，关于接口的具体入参和出参结构可以参考 Proxy 接口指南。
总结
本文基于上一篇文章，通过一系列使用示例，介绍了 DCache 中 KV 缓存模块的创建和使用方式。因为 DCache 基于 TARS 开发，缓存服务的使用上基本和 TARS 服务调用无异，开发者能够快速上手。同时 DCache 支持直接连接 DB 进行数据持久化，无需开发者自行实现 DB 连接持久化的相关逻辑，使开发者能够更加专注于业务。
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