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手撕分布式缓存---HTTP Client搭建

news 2025/6/27 5:59:13

经过上个章节的学习，我们已经实现了一致性哈希算法，这个算法保证我们可以在节点发生变动时，最少的key请求受到影响，并返回这个节点的名称；这很大程度上避免了哈希雪崩和哈希穿透的问题。这个章节我们要基于此实现完整的服务器端在处理客户端请求时，内部如何进行选择节点，并从此节点中找到key-value。

前文链接

手撕分布式缓存之一 | 定义缓存结构体与实现底层功能函数
手撕分布式缓存之二 | 互斥锁的优化
手撕分布式缓存之三 | HTTP Server搭建
手撕分布式缓存之四 | 多节点的调取策略

由于战线拉的太长了，导致后面几个章节有点失去了热情，因此就不复现代码了，采用人工理解+AI注释的方式记录

系列目录

（1）多节点情况下的交互
- （1.2）原理讲解
- （1.3）代码注释
（2）防止缓存击穿
- （2.1）缓存常有的三种问题
- （2.2）缓存击穿的解决方案
- （2.3）代码注释
（3）引入Protobuf优化服务性能

（1）多节点情况下的交互

（1.2）原理讲解

当我们有多个缓存节点时，请求key发送时应该发送给谁，例如Redis这种分布式缓存采用的方法均是：客户端发送请求时是随机发送的；接收的服务端也不一定就存有这个key-value，但他会先检查本地的缓存是否存有这个key-value，如果没有，服务器端会通过一致性hash算法计算应该去哪个节点上去查询，并去调用对应服务器端的查询接口，获取到数据后统一返回给客户端，不再让客户端去调取。

当新的节点加入后，需要广播通知其他节点自己的存在，如果是非主从复制节点关系的情况下，由于一致性hash算法，原本需要查看节点B才可以获取到的key-value现在需要通过新增的节点A去获取，如果当时节点B的压力过大，那么可以在请求查询B查询不到时，通过节点B获取的key-value逐步的存储在节点A，以实现符合一致性hash的预期；如果当时节点B的压力并不大，那么可以直接通过计算，查询出节点B的哪些key现在会被定位到节点A，由节点B主动的将数据同步给节点A。如果是删除节点也是同理。

（1.3）代码注释

package geecacheimport ("errors""fmt""net/http""strings""github.com/gorilla/mux"
)// httpGetter 结构体实现了 PeerGetter 接口，并使用 HTTP GET 方法从指定 URL 检索数据。
//如果没有错误，则返回字节数组；否则返回错误。
type httpGetter struct {baseURL string // baseURL 是该对等机的基本 URL（协议 + IP地址 + 端口）
}func (h *httpGetter) Get(key string) ([]byte, error) {resp, err := http.Get(h.baseURL + "/cache/" + key) // 向给定的 URL 发出 GET 请求if err != nil {return nil, fmt.Errorf("HTTPPool: Error fetching %s from peer: %v", key, err)}defer resp.Body.Close()if resp.StatusCode == http.StatusNotFound {return nil, errors.New("HTTPPool: Key not found")} else if resp.StatusCode != http.StatusOK {return nil, fmt.Errorf("HTTPPool: Peer returned HTTP status code %d", resp.StatusCode)}body, err := io.ReadAll(resp.Body) // 从响应中读取数据if err != nil {return nil, fmt.Errorf("HTTPPool: Error reading response body: %v", err)}return body, nil
}// 这是一个简单的 Getter，用于检索来自对等机（通过 HTTP）的键值。如果未找到该键或发生错误，则返回错误。 
// func (h *httpGetter) Get(key string) ([]byte, error) { 
// 向给定 URL 发出 GET 请求 resp, err := http.Get(h.baseURL + "/cache/" + key)

（2）防止缓存击穿

在这里插入图片描述

（2.1）缓存常有的三种问题

缓存雪崩：缓存在同一时刻全部失效，造成瞬时DB请求量大、压力骤增，引起雪崩。缓存雪崩通常因为缓存服务器宕机、缓存的 key 设置了相同的过期时间等引起。
缓存击穿：一个存在的key，在缓存过期的一刻，同时有大量的请求，这些请求都会击穿到 DB ，造成瞬时DB请求量大、压力骤增。
缓存穿透：查询一个不存在的数据，因为不存在则不会写到缓存中，所以每次都会去请求 DB，如果瞬间流量过大，穿透到 DB，导致宕机。

三者的直接原因均是缓存中的key失效，请求只能通过查询DB才能够获取key-value，但是它们出现的场景和解决方式不同，这才是我们区分三者的方式。

（2.2）缓存击穿的解决方案

缓存击穿的本质问题是：当存在一个时刻存在key失效后，有大量的key请求同时发送，且都落在了DB上。 针对这一问题，我们无法限制客户端同时发送大量key这一问题，但是我们可以限制当请求没有在缓存阶段找到key-value时，只有一个请求可以落到DB上。例如：当有大量的请求进行访问，我们可以通过互斥锁的方式进行限制，比如我们先判断如果缓存中存在key-value，那么可以直接返回结果，也不会造成缓存击穿的影响；但如果在缓存中找不到对应的key-value，那么我们可以允许第一个请求此不存在的key进行接下来的操作（DB操作），其他的请求则需要进行等待，等到唯一的一个请求处理结束之后，该对应key的互斥锁会打开，之后等待的请求直接返回结果即可。也就是说我们可以声明一个map，这个map的key是缓存中的key，map的value是一个对象，这个对象不仅可以表示当前的key是否已经有请求进行访问（是不是已经被锁定），也可以存储获取此key的第一个请求获取到的value值或异常信息。

（2.3）代码注释

type call struct {wg sync.WaitGroup // WaitGroup用于同步等待所有goroutine完成任务后再返回结果val interface{} // 保存函数fn()的返回值err error      // 保存函数fn()的错误信息
}type Group struct {mu sync.Mutex // 互斥锁，保证map操作的原子性m map[string]*call   
}func (g *Group) Do(key string, fn func() (interface{}, error)) (interface{}, error) { // 传入一个字符串类型的key和接收两个参数的函数指针fn，返回一个interface{}类型的值和error类型的错误信息g.mu.Lock()if g.m == nil { // 如果map为空则初始化mapg.m = make(map[string]*call)}if c, ok := g.m[key]; ok { // 判断是否已经有正在运行或者等待中的goroutine处理该任务g.mu.Unlock()     // 解锁以防止死锁c.wg.Wait()      // 等待任务完成后获取结果return c.val, c.err // 返回结果}c := new(call)   c.wg.Add(1)    // WaitGroup加1，表示新增一个需要等待的goroutineg.m[key] = c  // 将当前任务添加到map中，用于标记正在执行或者等待中的任务g.mu.Unlock()go func() {defer c.wg.Done() // 函数执行完成后，WaitGroup减1c.val, c.err = fn() // 执行传入的fn函数并保存值和错误信息}()g.mu.Lock()delete(g.m, key) // 从map中删除已经完成的任务g.mu.Unlock()return c.val, c.err // 返回结果
}

（3）引入Protobuf优化服务性能

简单看了下介绍，个人理解Protobuf是非常值得学习的一门技术，对于服务性能的优化有很大的作用，准备深入了解一下，然后再完善这一部分，感兴趣的同学可以留个眼，更新之后一一通知。