quarkus資料庫篇之四：本地緩存

来源:https://www.cnblogs.com/bolingcavalry/archive/2023/08/18/17624471.html
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這裡分類和彙總了欣宸的全部原創(含配套源碼)：https://github.com/zq2599/blog_demos

本篇概覽

  • 本文是《quarkus資料庫篇》系列的第四篇，來實戰一個非常有用的知識點：本地緩存
  • 本地緩存可以省去遠程查詢資料庫的操作，這就讓查詢性能有了顯著提升，然而，對quarkus資料庫本地緩存，我們不能抱太大希望，甚至在使用此功能時候要保持剋制，不要用在重要場合，官方原文如下

image-20220521225623705

  • 個人的理解（請原諒我不入流的英文水平）
  1. quarkus的資料庫本地緩存功能，還處於早期的、原始的、收到諸多限制的階段
  2. 相容性還沒有做好（說不定quarkus一升級就會出現諸多問題）
  3. 將來可能會把更好的緩存方案集成進來（意思就是現在整個方案都不穩定）
  • 實用的功能與搖擺不定的官方態度夾雜在一起，註定了本文不會展開細節，大家隨我一道瞭解quarkus的緩存怎麼用、效果如何，這就夠了，主要分為以下四部分
  1. 新建一個子工程，寫好未使用緩存的資料庫查詢代碼
  2. 增加單個實體類的緩存，並驗證效果
  3. 增加自定義SQL查詢結果的緩存，並驗證效果
  4. 增加一對多關聯查詢的緩存，並驗證效果
  • 這麼水的內容，註定今天是一場輕鬆愉快的體驗之旅（捂臉）
  • 今天實戰用的資料庫依然是PostgreSQL，您可以根據自己情況自行調整

源碼下載

名稱 鏈接 備註
項目主頁 https://github.com/zq2599/blog_demos 該項目在GitHub上的主頁
git倉庫地址(https) https://github.com/zq2599/blog_demos.git 該項目源碼的倉庫地址，https協議
git倉庫地址(ssh) [email protected]:zq2599/blog_demos.git 該項目源碼的倉庫地址，ssh協議
  • 這個git項目中有多個文件夾，本次實戰的源碼在quarkus-tutorials文件夾下，如下圖紅框
    image-20220312091203116
  • quarkus-tutorials是個父工程，裡面有多個module，本篇實戰的module是basic-cache，如下圖紅框
    image-20220522091827427

開發-創建子工程

  • 《quarkus實戰之一：準備工作》已創建了父工程，今天在此父工程下新增名為basic-cache的子工程，其pom與前文的工程區別不大，新增MySQL庫，所有依賴如下
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>io.quarkus</groupId>
            <artifactId>quarkus-arc</artifactId>
        </dependency>
        <!-- JDBC庫 -->
        <dependency>
            <groupId>io.quarkus</groupId>
            <artifactId>quarkus-agroal</artifactId>
        </dependency>
        <!-- hibernate庫 -->
        <dependency>
            <groupId>io.quarkus</groupId>
            <artifactId>quarkus-hibernate-orm</artifactId>
        </dependency>
        <!-- postgresql庫 -->
        <dependency>
            <groupId>io.quarkus</groupId>
            <artifactId>quarkus-jdbc-postgresql</artifactId>
        </dependency>
        <!-- 單元測試庫 -->
        <dependency>
            <groupId>io.quarkus</groupId>
            <artifactId>quarkus-junit5</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.rest-assured</groupId>
            <artifactId>rest-assured</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>

開發-配置文件

  • 為了滿足多個profile的需要，配置文件繼續使用application.properties和application-xxx.properties組合的方式，application.properties里存放公共配置，例如資料庫類型，而application-xxx.properties裡面是和各個profile環境有關的配置項，例如資料庫IP地址、賬號密碼等，如下圖
image-20220522093404215
  • application.properties內容如下
quarkus.datasource.db-kind=postgresql
quarkus.hibernate-orm.log.sql=true
quarkus.datasource.jdbc.max-size=8
quarkus.datasource.jdbc.min-size=2
  • application-test.properties
quarkus.datasource.username=quarkus
quarkus.datasource.password=123456
quarkus.datasource.jdbc.url=jdbc:postgresql://192.168.50.43:15432/quarkus_test
quarkus.hibernate-orm.database.generation=drop-and-create
quarkus.hibernate-orm.sql-load-script=import.sql
  • 應用啟動時載入數據的腳本import.sql
INSERT INTO city(id, name) VALUES (1, 'BeiJing');
INSERT INTO city(id, name) VALUES (2, 'ShangHai');
INSERT INTO city(id, name) VALUES (3, 'GuangZhou');

INSERT INTO country(id, name) VALUES (1, 'China');
INSERT INTO country_city(country_id, cities_id) VALUES (1, 1);
INSERT INTO country_city(country_id, cities_id) VALUES (1, 2);
INSERT INTO country_city(country_id, cities_id) VALUES (1, 3);
  • 配置完成，接下來把代碼功能先想清楚，然後再編碼

基本功能概述

  • 接下來的功能會圍繞兩個表展開
  1. city：每一條記錄是一個城市
  2. country：每一條記錄是一個國家
  3. country-cities：每一條記錄是一個城市和國家的關係
  • 然後，咱們要寫出city和country的增刪改查代碼，另外city和country是一對多的關係，這裡涉及到關聯查詢
  • 最後，全部用單元測試來對比添加緩存前後的查詢介面執行時間，以此驗證緩存生效

開發-實體類

  • city表的實體類是City.java，和前面幾篇文章中的實體類沒啥區別，要註意的是有個名為City.findAll的自定義SQL查詢，稍後會用來驗證本地緩存是否對自動一個SQL有效
package com.bolingcavalry.db.entity;

import javax.persistence.*;

@Entity
@Table(name = "city")
@NamedQuery(name = "City.findAll", query = "SELECT c FROM City c ORDER BY c.name")
public class City {

    @Id
    @SequenceGenerator(name = "citySequence", sequenceName = "city_id_seq", allocationSize = 1, initialValue = 10)
    @GeneratedValue(generator = "citySequence")
    private Integer id;

    @Column(length = 40, unique = true)
    private String name;

    public City() {
    }

    public City(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
  • country表的實體類是Country.java，這裡有一處要註意的地方，就是在我們的設計中，city和country表並不是通過欄位關聯的，而是一個額外的表記錄了他們之間的關係，因此，成員變數citys並不對應country或者city表的某個欄位，使用註解OneToMany後，quarkus的hibernate模塊預設用country_cities表來記錄city和country的關係，至於country_cities這個表名，來自quarkus的預設規則，如果您想用city或者country的某個欄位來建立兩表的關聯，請參考javax.persistence.OneToMany源碼的註釋，裡面有詳細說明
package com.bolingcavalry.db.entity;

import javax.persistence.*;
import java.util.List;
@Entity
@Table(name = "country")
public class Country {

    @Id
    @SequenceGenerator(name = "countrySequence", sequenceName = "country_id_seq", allocationSize = 1, initialValue = 10)
    @GeneratedValue(generator = "countrySequence")
    private Integer id;

    @Column(length = 40, unique = true)
    private String name;

    @OneToMany
    List<City> cities;

    public Country() {
    }

    public Country(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public List<City> getCities() {
        return cities;
    }

    public void setCities(List<City> cities) {
        this.cities = cities;
    }
}
  • 兩個實體類寫完了，該寫服務類了

開發-服務類

  • city表的增刪改查
@ApplicationScoped
public class CityService {
    @Inject
    EntityManager entityManager;

    public City getSingle(Integer id) {
        return entityManager.find(City.class, id);
    }

    public List<City> get() {
        return entityManager.createNamedQuery("City.findAll", City.class)
                .getResultList();
    }

    @Transactional
    public void create(City fruit) {
        entityManager.persist(fruit);
    }

    @Transactional
    public void update(Integer id, City fruit) {
        City entity = entityManager.find(City.class, id);

        if (null!=entity) {
            entity.setName(fruit.getName());
        }
    }

    @Transactional
    public void delete(Integer id) {
        City entity = entityManager.getReference(City.class, id);

        if (null!=entity) {
            entityManager.remove(entity);
        }
    }
}
  • country表的增刪改查，為了簡化，只寫一個按照id查詢的，至於其他的操作如新增刪除等，在本篇研究緩存時用不上就不寫了
@ApplicationScoped
public class CountyService {
    @Inject
    EntityManager entityManager;

    public Country getSingle(Integer id) {
        return entityManager.find(Country.class, id);
    }
}
  • 應用代碼已經寫完了，接下來是驗證基本功能的單元測試代碼

開發-單元測試

  • 資料庫數據被修改後，再次讀取的時候，是讀到最新的數據，還是之前緩存的舊數據呢？顯然前者才是正確的，這就需要單元測試來保證正確性了
@QuarkusTest
@TestMethodOrder(MethodOrderer.OrderAnnotation.class)
public class CacheTest {

    /**
     * import.sql中導入的記錄數量，這些是應用啟動是導入的
     */
    private static final int EXIST_CITY_RECORDS_SIZE = 3;
    private static final int EXIST_COUNTRY_RECORDS_SIZE = 1;

    /**
     * 在City.java中，id欄位的SequenceGenerator指定了initialValue等於10，
     * 表示自增ID從10開始
     */
    private static final int ID_SEQUENCE_INIT_VALUE = 10;

    /**
     * import.sql中，第一條記錄的id
     */
    private static final int EXIST_FIRST_ID = 1;

    @Inject
    CityService cityService;

    @Inject
    CountyService countyService;



    @Test
    @DisplayName("list")
    @Order(1)
    public void testGet() {
        List<City> list = cityService.get();
        // 判定非空
        Assertions.assertNotNull(list);
        // import.sql中新增3條記錄
        Assertions.assertEquals(EXIST_CITY_RECORDS_SIZE, list.size());
    }

    @Test
    @DisplayName("getSingle")
    @Order(2)
    public void testGetSingle() {
        City city = cityService.getSingle(EXIST_FIRST_ID);
        // 判定非空
        Assertions.assertNotNull(city);
        // import.sql中的第一條記錄
        Assertions.assertEquals("BeiJing", city.getName());
    }

    @Test
    @DisplayName("update")
    @Order(3)
    public void testUpdate() {
        String newName = LocalDateTime.now().toString();

        cityService.update(EXIST_FIRST_ID, new City(newName));

        // 從資料庫取出的對象，其名稱應該等於修改的名稱
        Assertions.assertEquals(newName, cityService.getSingle(EXIST_FIRST_ID).getName());
    }

    @Test
    @DisplayName("create")
    @Order(4)
    public void testCreate() {
        int numBeforeDelete = cityService.get().size();
        City city = new City("ShenZhen");
        cityService.create(city);

        // 由於是第一次新增，所以ID應該等於自增ID的起始值
        Assertions.assertEquals(ID_SEQUENCE_INIT_VALUE, city.getId());

        // 記錄總數應該等於已有記錄數+1
        Assertions.assertEquals(numBeforeDelete + 1, cityService.get().size());
    }

    @Test
    @DisplayName("delete")
    @Order(5)
    public void testDelete() {
        // 先記刪除前的總數
        int numBeforeDelete = cityService.get().size();

        // 刪除testCreate方法中新增的記錄，此記錄的是第一次使用自增主鍵，所以id等於自增主鍵的起始id
        cityService.delete(ID_SEQUENCE_INIT_VALUE);

        // 記錄數應該應該等於刪除前的數量減一
        Assertions.assertEquals(numBeforeDelete-1, cityService.get().size());
    }
}
  • 運行單元測試，如下圖，兩個表的操作都正常，建表語句也符合預期
image-20220522105210894
  • 啥都準備好了，有請本地緩存閃亮登場

實體類緩存

  • 先看不用緩存的時候，查詢單個實體類的性能，增加一個單元測試方法testCacheEntity，用RepeatedTest讓此方法執行一萬次
    @DisplayName("cacheEntity")
    @Order(6)
    @RepeatedTest(10000)
    public void testCacheEntity() {
        City city = cityService.getSingle(EXIST_FIRST_ID);
        // 判定非空
        Assertions.assertNotNull(city);
    }
  • 點擊下圖紅框中的綠色三角形按鈕，會立即執行一萬次testCacheEntity方法
image-20220522110625900
  • 執行完畢後，耗時統計如下圖紅框所示，47秒，單次查詢耗時約為5毫秒左右，記住這兩個數字
image-20220522111025705
  • 接下來是本篇的第一個關鍵：開啟實體類緩存，其實很簡單，如下圖紅框，增加Cacheable註解即可
image-20220522111339094
  • 再次運行單元測試的方法，如下圖紅框，總耗時從之前的47秒縮減到1秒多，黃框中有一些時間統計為空，這表示單次執行的時候耗時低於1毫秒
image-20220522111622929
  • 可見本地緩存的效果是顯著的

SQL查詢結果緩存

  • 回顧city的entity類代碼，如下圖黃框，有一個自定義SQL
image-20220522113005724
  • 寫一個單元測試方法，驗證上述SQL的實際性能
    @DisplayName("cacheSQL")
    @Order(7)
    @RepeatedTest(10000)
    public void testCacheSQL() {
        List<City> cities = cityService.get();
        // 判定非空
        Assertions.assertNotNull(cities);
        // import.sql中新增3條city記錄
        Assertions.assertEquals(EXIST_CITY_RECORDS_SIZE, cities.size());
    }
  • 單元測試效果如下圖，紅框顯示，沒有使用緩存時，一萬次自定義SQL查詢需要1分鐘零5秒
image-20220522113546498
  • 然後是本篇的第二個重點：給SQL查詢增加緩存，方法如下圖紅框，增加hints屬性

image-20220522113905266

  • 為SQL添加了本地緩存後，再次執行同樣的單元測試方法，效果如下圖，本地緩存將SQL查詢的耗時從1分零5秒縮短到1秒多鐘
image-20220522114121833
  • 另外要註意的是，如果您的SQL是通過API執行的，而不是基於NamedQuery註解，那就要通過API來開啟SQL緩存，示例如下
Query query = ...
query.setHint("org.hibernate.cacheable", Boolean.TRUE);

一對多關聯查詢緩存

  • country和city是一對多的關係，查詢Country記錄的時候，與其關聯的city表記錄也會被查詢出來，填入Country對象的cities成員變數中
  • 所以，是不是只要給實體類Country增加緩存註解，在查詢Country的時候，其關聯的City對象也會走本地緩存呢？
  • 咱們來實際驗證一下吧，先給Country類增加緩存註解，如下圖紅框
image-20220522115127475
  • 新增一個單元測試方法，查詢一條Country記錄
    @DisplayName("cacheOne2Many")
    @Order(8)
    @RepeatedTest(10000)
    public void testCacheOne2Many() {
        Country country = countyService.getSingle(EXIST_FIRST_ID);
        // 判定非空
        Assertions.assertNotNull(country);
        // import.sql中新增3條city記錄
        Assertions.assertEquals(EXIST_CITY_RECORDS_SIZE, country.getCities().size());
    }
  • 執行方法testCacheOne2Many，效果如下圖紅框所示，34秒，這顯然是本地緩存沒有生效的結果
image-20220522115658747
  • 接下來，就是本篇的第三個重點：設置一對多關聯查詢緩存，設置方法如下圖紅框所示
image-20220522120307852
  • 再次執行方法testCacheOne2Many，效果如下圖紅框所示，1秒多完成，緩存已生效
image-20220522154156324
  • 最後還要做件事情，就是完整的運行單元測試類CacheTest.java，如此做是為了驗證這個場景：緩存開啟的時候，如果做了寫操作，接下來讀取的也是最新的記錄，而非緩存的之前的舊數據，即緩存失效功能，如下圖，所有測試方法都順利通過，總耗時3秒

重要提示

  • 在使用本地緩存時有個問題需要註意：以city表為例，如果對city表的所有寫操作都是通過當前應用完成的，那麼使用本地緩存是沒有問題的，如果除了basic-cache，還有另一個應用在修改city表，那麼basic-cache中的緩存就不會失效（因為沒人告訴它），這樣從basic-cache中讀取的數據因為是本地緩存，所以還是更新前的數據

  • 至此，quarkus資料庫本地緩存的現有方案，咱們已全部完成了，希望本文能給您一些參考，協助您提升應用性能

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