多级缓存

我们以京东首页为例

在上图中，我们可以看出商品的分类是较少发生变化的，这时我们可以把它存储到缓存中，这样数据库的压力会大大减少。这时我们会想到 redis 进行缓存，但是有时电商网站的并发数仅仅靠 redis 会使用 redis 压力过大，这时我们在此引出一个概念：多级缓存。

什么叫多级缓存

为了解决上文中的那个问题，我们在 redis 的基础上再添加一个 nginx 缓存，此时用户在访问我们网站时会先访问 nginx 缓存，如果 nginx 缓存没有，再访问 redis 缓存，如果 redis 也没有，此时我们最后访问 MySQL 获取数据，这样一来，我们将 redis 的压力大大减轻了，此时 nginx 缓存和 redis 缓存就构成了多级缓存。

多级缓存的实现思路

那么我们如何实现上面所说多级缓存呢？

我们可以使用 OpenResty 这一基于 Nginx 与 Lua 的高性能 Web 平台，该平台整合了 Nginx 和大量精良的 Lua 库、第三方模块以及大多数的依赖项。Lua 是一种轻量小巧的脚本语言，用标准C语言编写并以源代码形式开放，其设计目的是为了嵌入应用程序中，从而为应用程序提供灵活的扩展和定制功能。关于 OpenResty 和 Lua，我们在本文不多过多涉及，这里只提供实现思路，有兴趣的可以访问 OpenResty 官网（http://openresty.org/cn/）和 Lua 官网（http://www.lua.org/）进行学习。在实际操作中，我们通常使用 Lua 脚本去访问 Nginx 缓存、Redis 缓存以及 MySQL，过程如下图：

但是在上面的过程中，我们会发现一个问题，在 Redis 缓存已存在的情况下，数据库的数据发生了改变，这时用户访问的都是缓存数据，那我们要如何解决这一问题呢？

Redis 缓存同步 MySql 数据

我们可以通过 canal 解决上面的问题。canal 是一个用来监控数据库数据的变化的工具，可以在Mysql 数据更新时获取其更新的数据。

解决思路：在 Mysql 数据变化时，我们可以通过 canal 微服务或配置MQ模式，配合 RocketMQ 或者 Kafka 来更改 Redis 中的缓存数据，这样 redis 缓存的数据就可以和 Mysql 中的数据保持一致了

关于 canal 的入门可以参考文章超详细的Canal入门，看这篇就够了！_yehongzhi1994的博客-CSDN博客_canal

Nginx 限流

一般情况下，首页的并发量是比较大的，即使有了多级缓存，当用户不停的刷新页面的时，或者有大量恶意的请求达到，也会对系统造成影响。这时我们就需要采用限流这一解决方案。

什么是限流

顾名思义,限流就是限制流量。例如你手机流量包只有1个G的流量，用完了就没了，这时候我们可以说我们的流量是受到限制，这就叫限流。

常见的限流算法之漏桶算法

算法思想是：

水（请求）从上方倒入水桶，从水桶下方流出（被处理）；
来不及流出的水存在水桶中（缓冲），以固定速率流出；
水桶满后水溢出（丢弃）。

这个算法的核心是：缓存请求、匀速处理、多余的请求直接丢弃。

nginx 限流的方式

控制速率

我们先来说第一种，控制速率。Nginx 控制速率主要使用的是漏桶算法，即能够强行保证请求的实时处理速度不会超过设置的阈值。

配置 OpenResty 中 Nginx 的配置文件，使在访问 ip/test1 地址时进行限流，该地址会访问一个 Lua 脚本

user root root;
worker_processes 1;
events {worker_connections 1024;
}
http {include mime.types;default_type application/octet-stream;#限流设置limit_req_zone $binary_remote_addr zone=contentRateLimit:10m rate=10r/s;sendfile on;#tcp_nopush on;#keepalive_timeout 0;keepalive_timeout 65;#gzip on;server {listen 80;server_name localhost;location /test1{#使用限流配置limit_req zone=contentRateLimit;content_by_lua_file /root/lua/test1.lua;}}
}

配置说明：

binary_remote_addr 是一种key，表示基于 remote_addr(客户端IP) 来做限流，binary_ 的目的是压缩内存占用量。
zone：定义共享内存区来存储访问信息， contentRateLimit：10m 表示一个大小为10M，名字为 contentRateLimit 的内存区域。1M能存储 16000 IP地址的访问信息，10M可以存储16W IP地址访问信息。
rate 用于设置最大访问速率，rate=10r/s 表示每秒最多处理10个请求。Nginx 实际上以毫秒为粒度来跟踪请求信息，因此 10r/s 实际上是限制：每100毫秒处理一个请求。这意味着，自上一个请求处理完后，若后续100毫秒内又有请求到达，将拒绝处理该请求。

限流速度为每秒 10 次请求，如果有10次请求同时到达一个空闲的 nginx，他们都能得到执行吗？
事实上，漏桶漏出请求是匀速的。10r/s是怎样匀速的呢？每100ms漏出一个请求。在这样的配置下，桶是空的，所有不能实时漏出的请求，会被拒绝掉。所以如果10次请求同时到达，那么只有一个请求能够得到执行，其它的，都会被拒绝。这不太友好，大部分业务场景下我们希望这10个请求都能得到执行。

处理突发流量

上面这种情况我们管它叫做突发流量，上面例子限制 10r/s，如果有时正常流量突然增大，超出的请求将被拒绝，无法处理突发流量，可以结合 burst 参数使用来解决该问题。

修改上文中的 Nginx 配置文件

server {listen 80;server_name localhost;location /test1 {limit_req zone=contentRateLimit burst=20 nodelay;content_by_lua_file /root/lua/test1.lua;}  
}

burst 译为突发、爆发，表示在超过设定的处理速率后能额外处理的请求数,当 rate=10r/s 时，将1s拆成10份，即每100ms可处理1个请求。
此处，burst=12，若同时有12个请求到达，Nginx 会处理第一个请求，剩余11个请求将放入队列，然后每隔100ms从队列中获取一个请求进行处理。若请求数大于12，将拒绝处理多余的请求，直接返回 503。

不过，单独使用 burst 参数并不实用。假设 burst=50 ，rate依然为10r/s，排队中的50个请求虽然每100ms会处理一个，但第50个请求却需要等待 50 * 100ms即 5s，这么长的处理时间自然难以接受。
因此，burst 往往结合 nodelay 一起使用。

继续修改上文中的 Nginx 配置文件

server {listen 80;server_name localhost;location /test1 {limit_req zone=contentRateLimit burst=20 nodelay;content_by_lua_file /root/lua/test1.lua;}  
}

平均每秒允许不超过10个请求，突发不超过20个请求，并且处理突发20个请求的时候，没有延迟，等到完成之后，按照正常的速率处理。
如上两种配置结合就达到了速率稳定，但突然流量也能正常处理的效果。

控制并发量（连接数）

nginx 还提供了利用连接数限制某一个用户的ip连接的数量来控制流量。一种是限制固定连接数，第二种是限制每个客户端IP与服务器的连接数，同时限制与服务器的连接总数。

注意：并非所有连接都被计算在内，只有当服务器正在处理请求并且已经读取了整个请求头时，才会计算有效连接。

配置限制固定连接数：

http {include mime.types;default_type application/octet-stream;#限流设置limit_req_zone $binary_remote_addr zone=contentRateLimit:10m rate=10r/s;#根据IP地址来限制，存储内存大小10Mlimit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:1m;sendfile on;#tcp_nopush on;#keepalive_timeout 0;keepalive_timeout 65;#gzip on;server {listen 80;server_name localhost;location /test2 {limit_conn addr 2;content_by_lua_file /root/lua/test2.lua;}                                                        location /test1 {limit_req zone=contentRateLimit burst=20 nodelay;content_by_lua_file /root/lua/test1.lua;}    }
}

limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m; 表示限制根据用户的IP地址来显示，设置存储地址为的内存大小10M
limit_conn addr 2; 表示同一个地址只允许连接2次。

限制每个客户端IP与服务器的连接数，同时限制与服务器的连接总数：

http {include mime.types;default_type application/octet-stream;#限流设置limit_req_zone $binary_remote_addr zone=contentRateLimit:10m rate=10r/s;#存储个人请求IP的限流配置limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=perip:10m;#整个location对应的请求并发容量配置limit_conn_zone $server_name zone=perserver:100m;sendfile on;#tcp_nopush on;#keepalive_timeout 0;keepalive_timeout 65;#gzip on;server {listen 80;server_name localhost;location /test2 {limit_conn perip 10;#单个客户端ip与服务器的连接数"10"limit_conn perserver 100; ＃限制与服务器的总连接数"100"content_by_lua_file /root/lua/test2.lua;}                                                        location /test1 {limit_req zone=contentRateLimit burst=20 nodelay;content_by_lua_file /root/lua/test1.lua;}    }
}