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权限系统缓存设计知多少

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  • 2019-10-07
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简介权限系统是管理类系统中必不可少的一个模块,一个好的缓存设计更是权限系统的重中之重,今天来聊下如何更好设计权限系统的缓存。单节点缓存权限校验属于使用频率超高的操作,如果每次都去请求db的

权限系统是管理类系统中必不可少的一个模块,一个好的缓存设计更是权限系统的重中之重,今天来聊下如何更好设计权限系统的缓存。

单节点缓存

权限校验属于使用频率超高的操作,如果每次都去请求db的话,不仅会给db带来压力,也会导致用户响应过慢,造成很不好的用户体验,因此把权限相关数据放到缓存中是很有必要的,伪代码如下:

private static final FUNCTION_CACHE_KEY = "function_cache_key";public List<Function> loadFunctions() { // 优先从缓存中取 List<Function> functions = cacheService.get(FUNCTION_CACHE_KEY); if(functions != null){ return functions; } // 缓存中没有,从数据库中取,并放入缓存 functions = functionDao.loadFunctions(); cacheService.put(FUNCTION_CACHE_KEY, functions); return functions;}

推荐使用ehcache作为缓存组件,ehcache是一个纯Java的进程内缓存框架,支持数据持久化到磁盘,并且支持多种缓存策略,对于权限数据这种大数据量的缓存可以说是非常合适。

集群缓存

ehcache属于进程级缓存,对集群支持不是很友好,虽然可以通过一些方案实现分布式缓存,但总感觉没有直接用memcached或redis来的痛快,但直接用memcached或redis的话,会经过一次网络调用,而且对于权限缓存这样内存比较大的数据,性能没有ehcache这种进程级缓存好。那有没有一直方案可以兼顾ehcache的性能优势和redis的分布式优势呢?

可以通过ehcache和redis共用的方式来解决这个问题,大致思路是用ehcache做主缓存,缓存更新通过MQ在集群间进行通信,而redis做为二级缓存使用。

具体方案如下:

更新数据把数据同时放入ehcache和redis中,同时通过MQ通知其它节点更新自身的缓存,更新的数据从redis里面拉取

删除数据删除ehcache和redis中数据,同时通过MQ通知其它节点删除自身的数据

其实对于权限缓存,一般情况下更新操作并不频繁,通过MQ做变更通知,redis做二级缓存,这样就可以在集群环境下仍旧使用ehcache的高效存储了

用时间戳保证级联缓存的一致性

在设计缓存的时候,并不是所有的缓存都是从数据库取的,有的缓存是从其它缓存从取的,这样可以减少使用时的计算时间

数据库 --> 缓存a --> 缓存b

有上面的依赖关系可以看出,缓存a发生变更时,缓存b如果不重新从缓存a中重新加载,就会造成缓存脏数据。

最直观的方案是刷新a缓存时,同步刷新b缓存,但从上述依赖关系可以看到,b依赖a,a并不依赖b,b缓存对于a应该是不可见的,所以从逻辑上来说不符合依赖的规则。

而且上面只是二级关联,如果是四级,五级的话,上层缓存的变更带动了太多下级缓存的变更,需要耗费很多时间,因此如果能用延迟刷新或许是更好的方案。

用时间戳或许是个不错的办法,上述例子中,可以给缓存a增加一个时间戳,每次a缓存变更,同步更新时间戳。获取b的时候只需要校验下a的时间戳是否变更,变更了就重新加载b缓存,否则直接返回b。

伪代码如下:

// 权限信息缓存keyprivate static final FUNCTION_CACHE_KEY = "function_cache_key";// 权限信息缓存时间戳private static final FUNCTION_TIME_STAMP = "function_time_stamp";// 权限信息缓存旧的时间戳private static final FUNCTION_OLD_TIME_STAMP = "function_old_time_stamp";// 用户权限信息缓存keyprivate static final USER_FUNCTION_CACHE_KEY = "uer_function_cache_key";// 加载所有的权限信息public List<Function> loadFunctions() { // 优先从缓存中取 List<Function> functions = cacheService.get(FUNCTION_CACHE_KEY); if(functions != null){ return functions; } // 缓存中没有,从数据库中取,并放入缓存 functions = functionDao.loadFunctions(); cacheService.put(FUNCTION_CACHE_KEY, functions); // 同步更新时间戳 String timeStamp = String.valueOf(System.currentTimeMillis()); cacheService.put(FUNCTION_TIME_STAMP, timeStamp); return functions;}// 根据用户id加载用户的权限信息public List<Function> loadUserFunctions(Long userId) { List<Function> functions = loadFunctions(); // 加载缓存中用户权限信息 List<Function> userFunctions = cacheService.get(USER_FUNCTION_CACHE_KEY + userId); String newTimeStamp= cacheService.get(FUNCTION_TIME_STAMP); String oldTimeStamp= cacheService.get(FUNCTION_OLD_TIME_STAMP); // 如果缓存中没有用户权限信息,或者时间戳不相等,重新从权限信息里面加载用户权限信息 if(userFunctions == null || newTimeStamp != oldTimeStamp){ userFunctions = getUserFunctions(functions, userId); // 把用户权限信息放入缓存 cacheService.put(USER_FUNCTION_CACHE_KEY + userId, functions); // 把当前时间戳放入缓存 cacheService.put(FUNCTION_OLD_TIME_STAMP, newTimeStamp); return userFunctions; } return userFunctions;}

需要说明的是,上述代码只是作为示例,真正开发时用户的权限信息一般有更好的处理方式,并不一定是上面示例中每个用户都单独放一份缓存。

因为上面缓存只是二级级联,如果级数更多,同样可以用时间戳来进行延迟加载

数据库 --> 缓存a --> 缓存b --> 缓存c --> 缓存d

获取缓存d时,可以校验 缓存a时间戳 + 缓存b时间戳 + 缓存c时间戳,abc任何一个时间戳发生变化,缓存d都需要重新加载,思路和上面的差不多,这里就不多赘述了。

guava 的妙用

对于权限校验中使用频率高,但校验逻辑又不常变化的地方可以再加一层缓存。

例如一般都权限系统都有对外的接口,可以直接匿名访问,校验代码如下

// ant风格 url 匹配器private AntPathMatcher matcher = new AntPathMatcher();// 可以访问的匿名url集合,通常采用ant风格,例如 /open/api/**// 匿名url通常写在配置文件中,并且在bean初始化时加载到该集合中private Set<String> anonymousUrlPatterns = new HashSet<String>();// 判断url是否能匿名访问public boolean couldAnonymous(String url) { for (String patternUrl : anonymousUrlPatterns) { if (matcher.match(patternUrl, url)) { isMatch = true; break; } } return isMatch;}

可以看到,每一次url访问都会校验,可以通过加一层缓存来优化性能

用分布式缓存感觉有点大材小用,ehcache又有点太重量级,ConcurrentHashMap又不支持缓存策略,思来想去guava貌似是最好的选择,改造完后的代码如下:

// ant风格 url 匹配器private AntPathMatcher matcher = new AntPathMatcher();// 可以访问的匿名url集合,通常采用ant风格,例如 /open/api/**// 匿名url通常写在配置文件中,并且在bean初始化时加载到该集合中private Set<String> anonymousUrlPatterns = new HashSet<String>(); // 匿名url访问权限缓存private static Cache<String, Boolean> anonymousUrlCache = CacheBuilder.newBuilder() .maximumSize(5000) .initialCapacity(1000) .expireAfterAccess(1, TimeUnit.DAYS) // 设置cache中的的对象多久没有被访问后过期 .build();// 判断url 是否能匿名访问public boolean couldAnonymous(String url) { // 先从缓存中取,有的话直接返回 Boolean couldAnonymousAccess = anonymousUrlCache.getIfPresent(url); if (couldAnonymousAccess != null) { return couldAnonymousAccess; } boolean isMatch = false; for (String patternUrl : anonymousUrlPatterns) { if (matcher.match(patternUrl, url)) { isMatch = true; break; } } // 匹配结果放入缓存 anonymousUrlCache.put(url, isMatch); return isMatch;}

localStorage 缓存

localStorage 是 HTML5支持的新特性,可以把一些数据缓存放在客户端,减轻服务器的压力,例如可以把菜单数据放到客户端,菜单数据是否过期通过时间戳来判断,伪代码如下:

var timestamp = localStorage.getItem("timestamp" + userId);// 请求后台获取菜单接口,带上时间戳参数 timestamp// 后台校验时间戳是否变更,如果变更,返回新的菜单数据和新的时间戳,否则不需要返回菜单数据,仍旧返回旧的时间戳即可 // 后台接口返回数据格式 result = {menus:{},timestamp:""}var newTimestamp = result.timestamp;// 时间戳变更,把新的菜单数据和新的时间戳 放入 localStorageif (newTimestamp != timestamp) { localStorage.setItem("menus" + userId, JSON.stringify(result.menus)); localStorage.setItem("timestamp" + userId, newTimestamp);}

有人担心把缓存放在localStorage中如果被修改会造成安全问题,其实这个担心是没必要的,因为权限校验是在服务器端做的,localStorage中的缓存只做展示使用,因此修改localStorage时没有任何意义的。

总结

在不同的情况下,上述场景分别用了ehcache,redis,guava,localStorage做缓存,更加说明了没有最好的技术,只有最适合的技术。通过引入时间戳这种版本号的机制,解决了缓存更新问题。最终的目的只有一个,保证缓存数据一致性的同时,把性能做的极致,用户体验做到最好。

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