一、?Apache Ignite

1.簡介

Apache Ignite是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫，支持以內(nèi)存級(jí)的速度進(jìn)行高性能計(jì)算。Ignite所支持的編程語言主要包括：Java、.NET、C#以及C++，其中Java版本的對(duì)應(yīng)API是最豐富的。

2.應(yīng)用場(chǎng)景

時(shí)下最主流的分布式數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)是Redis，然而某些情況下我們的項(xiàng)目可能無法使用Redis進(jìn)行開發(fā)。例如：由于Redis的底層是使用C語言實(shí)現(xiàn)的，而Ignite的底層則是使用Java語言實(shí)現(xiàn)，因此如果我們所在公司的云環(huán)境不支持C語言環(huán)境那么就無法對(duì)Redis進(jìn)行部署。此時(shí)，我們可以考慮使用Ignite作為Redis的取代方案。

與Redis相比，Ignite由于也是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫因而同樣具有很高的計(jì)算效率，且也支持Redis這種Key-Value的存儲(chǔ)形式。Ignite中緩存的Key和Value都是Object類型的對(duì)象，相比Redis而言更加靈活，可以支持更多用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，而Redis則受限于其所提供的String、Hash、Set等數(shù)據(jù)類型。

除了具有相似的K-V緩存結(jié)構(gòu)，Ignite還有很多優(yōu)于Redis的特性，例如：Ignite完全兼容JCache緩存規(guī)范而Redis不支持、Ignite完全支持ACID事務(wù)而Redis只能提供部分支持、Ignite支持緩存數(shù)據(jù)的全復(fù)制而Redis不支持。

二、Ignite的簡單部署

本章節(jié)以主流的Java Maven項(xiàng)目為例，對(duì)Ignite的簡單部署和使用進(jìn)行示例說明。

1.引入

Maven項(xiàng)目當(dāng)中，Ignite的部署十分簡單，不需要再單獨(dú)下載安裝包然后通過終端命令行的方式啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)。只需要在項(xiàng)目的pom.xml中添加Ignite的依賴坐標(biāo)，即可成功對(duì)其實(shí)現(xiàn)引入。

<!-- ignite的核心依賴 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.ignite</groupId>
    <artifactId>ignite-core</artifactId>
    <version>2.12.0</version>
</dependency>

<!-- ignite和spring關(guān)聯(lián)的相關(guān)依賴 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.ignite</groupId>
    <artifactId>ignite-spring</artifactId>
    <version>2.12.0</version>
</dependency>

值得注意的是，如果項(xiàng)目或子項(xiàng)目的pom.xml文件中引用了h2內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的相關(guān)依賴，那么必須將其版本覆蓋為2.14.197，否則Ignite會(huì)報(bào)啟動(dòng)錯(cuò)誤，這是因?yàn)镮gnite的jar包中所引入的h2版本是2.14.197，因此如果不一致就會(huì)導(dǎo)致版本沖突，進(jìn)而導(dǎo)致Ignite節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)失敗。

2.服務(wù)端代碼

首先，在創(chuàng)建Ignite節(jié)點(diǎn)之前，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)IgniteConfiguration類型的Ignite配置對(duì)象，IgniteConfiguration可以對(duì)我們所創(chuàng)建的Ignite節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一些自定義的配置。

其中，最基本的配置就是設(shè)置當(dāng)前Ignite服務(wù)器節(jié)點(diǎn)（自己）所連接的IP地址。Ignite節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)通信主要是通過TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，其默認(rèn)端口是47500。

Ignite的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制（SPI）主要是通過 TcpDiscoverySpi這個(gè)類的對(duì)象實(shí)現(xiàn)的，我們通過調(diào)用其setIpFinder方法給TcpDiscoverySpi設(shè)置一個(gè)Ip發(fā)現(xiàn)器。

TcpDiscoveryVmIpFinder是靜態(tài)的IP發(fā)現(xiàn)器，可以指定一組IP地址和端口，IP發(fā)現(xiàn)器將檢查這些IP地址和端口以進(jìn)行節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)。一旦建立了與提供的任何IP地址的連接，Ignite就會(huì)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)所有其它節(jié)點(diǎn)。

Ignite節(jié)點(diǎn)的啟動(dòng)是通過Ignition.start方法觸發(fā)的，在對(duì)Ignite的節(jié)點(diǎn)完成配置后就可以調(diào)用該方法啟動(dòng)一個(gè)Ignite節(jié)點(diǎn)。在啟動(dòng)時(shí)Ignite會(huì)將為節(jié)點(diǎn)分配為服務(wù)端節(jié)點(diǎn)或客戶端節(jié)點(diǎn)，如果不進(jìn)行設(shè)置，Ignite節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)作為服務(wù)端節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)。

public class IgniteServerApplication {

   public static void main(String[] args) {
        // 1.創(chuàng)建一個(gè)Ignite配置
        IgniteConfiguration cfg = new IgniteConfiguration();
        // 2.創(chuàng)建一個(gè)基于TCP的發(fā)現(xiàn)其他Ignite實(shí)例的Spi對(duì)象
        TcpDiscoverySpi discoverySpi = new TcpDiscoverySpi();
        // 3.創(chuàng)建一個(gè)IP發(fā)現(xiàn)器
        TcpDiscoveryVmIpFinder ipFinder = new TcpDiscoveryVmIpFinder();
        ipFinder.setAddresses(Collections.singleton("127.0.0.1:47500"));//設(shè)置IP地址
        discoverySpi.setIpFinder(ipFinder);//設(shè)置IP發(fā)現(xiàn)器
        cfg.setDiscoverySpi(discoverySpi);//設(shè)置Spi
        // 4.啟動(dòng)Ignite服務(wù)器
        Ignition.start(cfg);
   }
  
}

啟動(dòng)后，IDEA輸出以下信息：

其中，“Ignite node started OK”表示Ignite節(jié)點(diǎn)成功啟動(dòng)。“servers=1, clients=0”表示當(dāng)前存在1個(gè)服務(wù)端節(jié)點(diǎn)以及0個(gè)客戶端節(jié)點(diǎn)。

3.客戶端代碼

Ignite客戶端節(jié)點(diǎn)的啟動(dòng)和服務(wù)端節(jié)點(diǎn)的代碼幾乎完全一樣，由于Ignite節(jié)點(diǎn)默認(rèn)以服務(wù)端模式啟動(dòng)，因此只需要手動(dòng)地將Ignite設(shè)置為客戶端節(jié)點(diǎn)即可。

上圖中，IgniteConfiguration的setClientMode(true)方法可以顯式地讓Ignite節(jié)點(diǎn)以客戶端的模式啟動(dòng)。

上圖中，“servers=1, clients=1”表示當(dāng)前存在1個(gè)服務(wù)端節(jié)點(diǎn)以及1個(gè)客戶端節(jié)點(diǎn)。

三、Ignite集群

在通過簡單的Java程序?qū)嵗龑?duì)Ignite服務(wù)端節(jié)點(diǎn)和客戶端節(jié)點(diǎn)的部署連接進(jìn)行示例說明后，再簡要地對(duì)Ignite的集群特性進(jìn)行介紹。

1.Ignite節(jié)點(diǎn)

Ignite的節(jié)點(diǎn)可以分為服務(wù)端節(jié)點(diǎn)和客戶端節(jié)點(diǎn)兩種類型。服務(wù)端節(jié)點(diǎn)是Ignite集群的主體，主要的作用是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、執(zhí)行計(jì)算任務(wù)等，而客戶端節(jié)點(diǎn)只是作為常規(guī)節(jié)點(diǎn)加入集群，但并不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

Ignite節(jié)點(diǎn)間可以通過其配置的SPI(Service Provider Interface,服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制)自動(dòng)相互發(fā)現(xiàn)并組成集群。根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景的不同，Ignite的SPI主要包括：TCP/IP發(fā)現(xiàn)以及ZooKeeper發(fā)現(xiàn)兩種類型。通常使用較多的是TCP/IP機(jī)制，節(jié)點(diǎn)間通過DiscoverySpi相互發(fā)現(xiàn)。DiscoverySpi的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)是TcpDiscoverySpi，具體可以配置為基于組播的IP發(fā)現(xiàn)或者基于靜態(tài)的IP發(fā)現(xiàn)模式（2.2和2.3節(jié)當(dāng)中的TcpDiscoveryVmIpFinder）。

2.基于組播和靜態(tài)的IP發(fā)現(xiàn)

和TcpDiscoveryVmIpFinder不同的是，TcpDiscoveryMulticastIpFinder使用組播來發(fā)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)，這也是默認(rèn)的IP發(fā)現(xiàn)器。見下圖，兩種IP發(fā)現(xiàn)方式在編碼實(shí)現(xiàn)上幾乎沒有區(qū)別，只需要更改new的ipFinder類型。

TcpDiscoveryMulticastIpFinder還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)基于組播和靜態(tài)的IP發(fā)現(xiàn)，通過setMulticastGroup方法接收來自組播的IP地址，同時(shí)通過setAddress處理預(yù)定義的靜態(tài)IP地址。

3.基于JDBC的IP發(fā)現(xiàn)

通常情況下，本地開發(fā)時(shí)我們可以使用基于組播或靜態(tài)的IP發(fā)現(xiàn)，但公司項(xiàng)目一般部署在云環(huán)境，IP地址并不能保證固定不變，可能會(huì)由于容器故障重啟或其他不可控原因而動(dòng)態(tài)變化，因此3.2節(jié)中的IP發(fā)現(xiàn)方式就會(huì)失效。Ignite為這種類似的應(yīng)用場(chǎng)景提供了一種很便捷的SPI：基于JDBC數(shù)據(jù)庫的IP發(fā)現(xiàn)機(jī)制。

下面通過一個(gè)簡單的例子進(jìn)行介紹，服務(wù)端程序和2.2、2.3節(jié)當(dāng)中的服務(wù)端程序區(qū)別在于IpFinder的類型不再是TcpDiscoveryVmIpFinder（基于靜態(tài)IP）或TcpDiscoveryMulticastIpFinder（基于組播IP），而是TcpDiscoveryJdbcIpFinder。

上圖的Ignite服務(wù)端程序使用了基于JDBC的IP發(fā)現(xiàn)，此時(shí)ipFinder不再通過調(diào)用setAddress方法設(shè)置IP地址，而是通過setDataSource設(shè)置一個(gè)JDBC數(shù)據(jù)源。因此我們首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)MysqlDataSource類的MySQL數(shù)據(jù)源對(duì)象，通過其setURL、setUser和setPassword方法分別設(shè)置數(shù)據(jù)源的URL地址、用戶名和密碼，再作為參數(shù)傳遞給TcpDiscoveryJdbcIpFinder.setDataSource。

客戶端程序和服務(wù)端幾乎是一模一樣的，2.3節(jié)所述，區(qū)別僅在于客戶端程序員需要顯式地調(diào)用IgniteConfiguration.setClientMode(true)方法讓Ignite節(jié)點(diǎn)以客戶端的模式啟動(dòng)。

四、Ignite緩存

在對(duì)Ignite的簡單部署和Ignite集群的相關(guān)特性有了簡單了解后，我們通過一些簡單的實(shí)例來對(duì)Ignite的緩存進(jìn)行示例說明。

1.IgniteCache

Ignite的所有緩存都是IgniteCache類型的，其實(shí)K是緩存的鍵，V是緩存的值，分別對(duì)應(yīng)Redis中的key和value。IgniteCache繼承了javax包下的Cache接口，因此如前文所述，Ignite是支持JCache規(guī)范的。

2.創(chuàng)建緩存

前文中，由于只是簡單地啟動(dòng)了Ignite節(jié)點(diǎn)，并未進(jìn)行緩存操作，因此并未對(duì)Ignition.start的返回值進(jìn)行獲取。當(dāng)我們要進(jìn)行緩存相關(guān)操作時(shí)，需要獲取start方法所返回的Ignite實(shí)例，通過對(duì)該實(shí)例對(duì)象的調(diào)用以實(shí)現(xiàn)緩存的相關(guān)操作。

如下圖所示，可以通過creatCache或getOrCreateCache兩種方式來獲取IgniteCache類型的緩存對(duì)象。如方法名所示，creatCache是直接創(chuàng)建緩存，getOrCreateCache是先獲取緩存，如果不存在則創(chuàng)建緩存。

調(diào)用createCache時(shí)，如果緩存已經(jīng)存在則會(huì)創(chuàng)建失敗，具體判斷緩存是否存在是根據(jù)緩存的名字實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)IgniteCache都有一個(gè)緩存名CacheName，我們所傳入的字符串s會(huì)被當(dāng)作cacheName進(jìn)行創(chuàng)建緩存實(shí)例。

除了字符串外，創(chuàng)建緩存時(shí)的參數(shù)也可以是CacheConfiguration類型的對(duì)象，其K和V表示的是緩存的Key和Value的類型。CacheConfiguration的setName方法可以設(shè)置Ignite緩存的名稱，效果等同于createCache(String s)，因此如果像下圖這樣創(chuàng)建緩存就會(huì)創(chuàng)建失敗，因?yàn)閮蓚€(gè)緩存的名稱都叫做“name”。

啟動(dòng)Ignite客戶端程序，IDEA控制臺(tái)輸出如下錯(cuò)誤，可見Ignite是通過緩存的name字段判斷緩存是否沖突的。

3.獲取緩存

獲取緩存主要有兩種方法：Ignite.cache和4.2節(jié)中的Ignite.getOrCreateCache。其中cache(String s)方法的參數(shù)是緩存的名稱，getOrCreateCache的參數(shù)可以是String類型的緩存名稱，也可以是CacheConfiguration的緩存配置。值得注意的是，必須保證緩存是已經(jīng)存在的，否則會(huì)導(dǎo)致異常。

Java示例代碼：

IDEA控制臺(tái)輸出結(jié)果如下，圖中我們也可以得知，此時(shí)IgniteCache接口的具體實(shí)現(xiàn)類是GatewayProtectedCacheProxy類型的實(shí)例對(duì)象。

4.銷毀緩存

Ignite緩存的銷毀也有兩種方式，通過Ignite的destoryCache或IgniteCache的destory方法實(shí)現(xiàn)。

Java示例代碼：

IDEA控制臺(tái)輸出結(jié)果如下：

5.向緩存中寫數(shù)據(jù)

Ignite緩存的寫入主要通過put方法實(shí)現(xiàn)，鍵值均是Object類對(duì)象，既可以是Java原生對(duì)象，也可以是自定義的類對(duì)象。除此之外，也可以通過putAll一次性存入多個(gè)鍵值對(duì)。帶Async后綴的方法則是異步實(shí)現(xiàn)，帶IfAbsent的方法表示不存在時(shí)存入數(shù)據(jù)，getAndPut則會(huì)獲取所寫入的緩存數(shù)據(jù)。

6.從緩存中讀數(shù)據(jù)

Ignite緩存的讀取主要通過get方法實(shí)現(xiàn)，通過傳入key來獲取value。除此之外，也可以通過getAll傳入一個(gè)key的Set集合，一次性獲取Set集合中所有key多對(duì)應(yīng)的多個(gè)key-value鍵值對(duì)。

Java示例代碼：

IDEA控制臺(tái)輸出如下：

五、基于Spring Cloud的實(shí)例教學(xué)

在對(duì)Ignite的部署、集群、緩存基本操作有了一定程度的了解后，我們通過Spring Cloud微服務(wù)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)Ignite模擬Redis的小項(xiàng)目案例，加深讀者對(duì)Ignite的應(yīng)用理解。

由于Ignite緩存是Object類型，因此我們通過定義一個(gè)常量類型作為緩存名來對(duì)

緩存進(jìn)行分類，例如String類型的緩存所傳入的緩存名稱則為String，Hash類的

緩存所傳入的cacheName則為Hash。

1.Redis-String緩存的模擬

對(duì)于String類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Redis的主要方法和對(duì)應(yīng)命令如下：

（1）添加/修改數(shù)據(jù) set key value

（2）獲取數(shù)據(jù)get key

（3）刪除數(shù)據(jù)del key

（4）添加/修改多個(gè)數(shù)據(jù)mset key1 value1 key2 value2 ...

（5）獲取多個(gè)數(shù)據(jù)mget key1 key2 ...

（6）獲取數(shù)據(jù)字符個(gè)數(shù)（字符串長度）strlen key

（7）追加信息到尾部（不存在則新建）append key value

2.Redis-Hash緩存的模擬

對(duì)于Hash類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Redis的主要方法和對(duì)應(yīng)命令如下：

（1）添加/修改數(shù)據(jù) hset key field value

（2）獲取單個(gè)數(shù)據(jù)hget key field

（3）獲取全部數(shù)據(jù)hgetall key

（4）刪除數(shù)據(jù)hdel key field1 field2 ...

（5）添加/修改多個(gè)數(shù)據(jù)hmset key field1 value1 field2 value2 ...

（6）獲取多個(gè)數(shù)據(jù)hmget key field1 field2 ...

（7）獲取哈希表中字段的數(shù)量hlen key

（8）獲取哈希表中是否存在指定的字段hexists key field

3.Redis-List緩存的模擬

對(duì)于List類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Redis的主要方法和對(duì)應(yīng)命令如下：

（1）添加數(shù)據(jù)lpush/rpush key value1 value2 ...

（2）獲取并移除數(shù)據(jù)lpop/rpop key

（3）獲取指定范圍的數(shù)據(jù)lrange key start end

（4）獲取指定位置的數(shù)據(jù)lindex key index

（5）獲取數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)llen key

四、Redis-Set緩存的模擬

對(duì)于Set類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Redis的主要方法和對(duì)應(yīng)命令如下：

（1）添加數(shù)據(jù)sadd key member1 member2 ...

（2）獲取全部數(shù)據(jù)smembers key

（3）刪除數(shù)據(jù)srem key member1 member2 ...

（4）獲取集合數(shù)據(jù)總量scard key

（5）判斷集合中是否包含指定數(shù)據(jù)sismember key member

5.服務(wù)端程序

不需要以微服務(wù)的注冊(cè)，只需要以普通Java類main方法調(diào)用的形式進(jìn)行啟動(dòng)。

6.客戶端程序

首先，我們需要在客戶端程序創(chuàng)建一個(gè)DataSource的配置Bean作為Ignite客戶端節(jié)點(diǎn)通過JDBC進(jìn)行連接時(shí)所需的構(gòu)造參數(shù)。

其次，創(chuàng)建一個(gè)Controller，并通過init方法用于初始化Ignite客戶端，在容器啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建Ignite實(shí)例并作為一個(gè)Bean注入上述5.1-5.4節(jié)中的Ignite工具類Bean。

7.測(cè)試

最后，我們寫幾個(gè)簡單的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。

（1）String類型的測(cè)試

啟動(dòng)Ignite服務(wù)端程序、EurekaServer和EurekaConsumer后，在url輸入：localhost:8080/ignite/string進(jìn)行測(cè)試，觀察瀏覽器輸出：

IDEA控制臺(tái)輸出：

（2）Hash類型的測(cè)試

在url輸入：localhost:8080/ignite/hash進(jìn)行測(cè)試，觀察瀏覽器輸出：

IDEA控制臺(tái)輸出：

（3）List類型的測(cè)試

在url輸入：localhost:8080/ignite/list進(jìn)行測(cè)試，觀察瀏覽器輸出：

IDEA控制臺(tái)輸出：

（4）Set類型的測(cè)試

在url輸入：localhost:8080/ignite/set進(jìn)行測(cè)試，觀察瀏覽器輸出：

IDEA控制臺(tái)輸出：

以上為Apache Ignite的簡單入門案例，感謝閱讀。

作者介紹

孫俊輝，中國農(nóng)業(yè)銀行股份有限公司研發(fā)中心軟件研發(fā)工程師，擅長Java開發(fā)領(lǐng)域。?