基于Redission高级应用17-RBatch原理及工具类封装及实战应用

RBatch 是 Redisson 提供的一个功能，它允许在 Redis 服务器上以批量的方式执行多个操作。 这种方式可以显著减少客户端与服务器之间的往返次数（round-trip time, RTT），从而提高性能，特别是在执行大量操作时。

原理

RBatch 的工作原理主要基于两种 Redis 提供的特性：PIPELINING 和 TRANSACTIONS。

Pipelining：

• Pipelining 是一种网络优化技术，它允许客户端一次性发送多个命令到服务器，而不需要等待每个命令的响应。
• Redis 服务器在接收到这些命令后，会将它们排队并顺序执行，然后将所有命令的响应一次性返回给客户端。
• 这种方式可以显著减少等待每个命令响应所产生的网络延迟，特别是在执行大量命令时。

Transactions：

• Redis 事务使用 MULTI, EXEC, DISCARD 和 WATCH 命令来实现。
• 当一个事务开始时（MULTI），Redis 会将后续的所有命令放入一个队列，然后在 EXEC 命令被调用时一次性执行所有命令。
• 如果在执行 EXEC 之前调用 DISCARD，则会取消事务中的所有命令。
• WATCH 命令可以用来提供乐观锁功能，它会监视一个或多个键，如果在事务执行之前这些键被其他客户端改变了，那么事务将不会执行。

RBatch 结合了这两种特性，允许开发者以两种模式使用批量操作：

1. 执行模式（Execution Mode）：

• IN_MEMORY_ATOMIC：使用 Redis 事务特性，确保所有命令作为一个原子操作执行。如果任何命令在执行时失败，整个事务都会回滚。
• IN_MEMORY_NON_ATOMIC：使用 Pipelining，但不保证原子性。命令会被快速执行，即使有命令失败，其他命令也会继续执行。

2. 响应模式（Response Mode）：

• SYNCHRONIZED：等待所有命令执行完毕并返回响应。
• ASYNCHRONIZED：不等待命令执行完毕，不获取响应。

RBatch 通过收集客户端的操作请求，并在客户端本地缓存这些请求。当调用 execute() 或 executeAsync() 方法时，RBatch 会将所有缓存的操作请求发送到 Redis 服务器，然后根据选择的模式（事务或管道）执行。

RBatch流程图：

在这个流程图中，我们可以看到以下步骤：

1. 启动:
   • 流程开始时，首先创建 RBatch 实例。
2. 添加命令:
   • 向 RBatch 实例添加一系列要批量执行的 Redis 命令。
3. 执行模式决策:
   • 根据需要执行的模式，决定是同步执行还是异步执行。
4. 同步执行:
   • 如果选择同步执行，调用 batch.execute() 方法。
   • 等待响应并接收 BatchResult。
5. 处理同步结果:
   • 处理接收到的同步 BatchResult。
6. 异步执行:
   • 如果选择异步执行，调用 batch.executeAsync() 方法。
   • 立即返回 CompletableFuture。
7. 附加回调:
   • 为异步执行结果的 CompletableFuture 附加回调函数。
8. 异步执行完成:
   • 当 CompletableFuture 完成时，触发回调函数。
9. 处理异步结果:
   • 处理异步执行的结果。
10. 结束:

• 批量操作执行完成，无论是同步还是异步，都会到达流程的结束点。

在这个时序图中，我们可以看到以下步骤：

1. 创建 RBatch:
   • 客户端应用请求 Redisson 客户端创建一个 RBatch 实例。
2. 添加命令:
   • 客户端应用向 RBatch 实例添加一系列要执行的 Redis 命令。
3. 执行批量操作:
   • 客户端应用请求 Redisson 客户端执行批量操作，这可以是同步或异步。
4. 同步执行:
   • 对于同步执行，Redisson 客户端将批量命令发送到 Redis 服务器。
   • Redis 服务器执行这些命令并返回结果。
   • Redisson 客户端将结果作为 BatchResult 返回给客户端应用。
5. 异步执行:
   • 对于异步执行，Redisson 客户端异步地将批量命令发送到 Redis 服务器。
   • 客户端应用接收到一个 CompletableFuture。
   • 客户端应用可以选择附加一个回调函数到 CompletableFuture。
   • 一旦批量操作完成，Redis 服务器返回结果，如果有回调函数，它将被触发。

优点

1. 减少网络延迟:
   • 通过将多个操作合并为单个网络请求，RBatch 可以减少网络往返延迟，特别是在网络延迟较高的环境中效果显著。
2. 提高吞吐量:
   • 批量执行操作可以提高应用程序和 Redis 服务器的吞吐量。
3. 灵活性:
   • RBatch 支持同步和异步执行，为不同的应用场景提供灵活性。
4. 原子性操作:
   • 在事务模式下，RBatch 可以保证一组操作的原子性。

缺点

1. 内存占用:
   • 当批量操作很多时，客户端和服务器可能需要更多的内存来缓存这些操作。
2. 复杂性增加:
   • 管理批量操作的逻辑可能会增加代码复杂性。
3. 事务模式的性能开销:
   • 在事务模式下，如果批量操作中包含大量的写操作，可能会阻塞 Redis 服务器，因为 Redis 是单线程的，其他客户端的请求需要等待事务完成。
4. 错误处理:
   • 在管道模式中，如果某个操作失败，其他操作仍然会继续执行，可能需要额外的逻辑来处理这种部分失败的情况。
5. 资源管理:
   • 如果不正确管理 RBatch 对象，可能会导致资源泄露。 综上所述，RBatch 是一个强大的工具，可以在合适的场景下显著提高性能。然而，开发者需要根据具体的应用场景和需求来权衡使用 RBatch 的利弊。

工具类：

源码：

import org.redisson.api.RBatch;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.api.BatchOptions;
import org.redisson.api.BatchResult;
import org.redisson.client.RedisException;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.function.Consumer;
import java.util.function.Function;
/**
 * @Author derek_smart
 * @Date 202/5/14 8:18
 * @Description RBatch 工具类
 */
public class BatchExecutor {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(BatchExecutor.class);

    private final RedissonClient redissonClient;

    public BatchExecutor(RedissonClient redissonClient) {
        this.redissonClient = redissonClient;
    }

    public <T> T execute(BatchOperation operation, Function<BatchResult<?>, T> resultProcessor, BatchOptions options) {
        RBatch batch = redissonClient.createBatch(options);
        operation.apply(batch);
        try {
            BatchResult<?> result = batch.execute();
            return resultProcessor.apply(result);
        } catch (RedisException e) {
            logger.error("Batch operation failed", e);
            throw e;
        }
    }

    public CompletableFuture<Void> executeAsync(BatchOperation operation, Consumer<BatchResult<?>> resultConsumer, BatchOptions options) {
        RBatch batch = redissonClient.createBatch(options);
        operation.apply(batch);
        CompletableFuture<BatchResult<?>> future = (CompletableFuture<BatchResult<?>>) batch.executeAsync();
        return future.thenAcceptAsync(result -> {
            try {
                resultConsumer.accept(result);
            } catch (Exception e) {
                logger.error("Async batch operation failed", e);
            }
        });
    }

    @FunctionalInterface
    public interface BatchOperation {
        void apply(RBatch batch);
    }
}

时序图：

在这个时序图中，我们展示了两个不同的流程：同步批量执行和异步批量执行。

1. 同步批量执行：
   • 客户端应用调用 BatchExecutor 的 execute 方法，并传入批量操作、结果处理函数和批量选项。
   • BatchExecutor 调用 Redisson 客户端创建一个 RBatch 实例。
   • 批量操作命令被添加到 RBatch 中。
   • BatchExecutor 调用 RBatch 的 execute 方法，该方法将所有命令发送到 Redis 服务器执行。
   • Redis 服务器执行这些命令并返回结果给 Redisson 客户端。
   • Redisson 客户端将结果作为 BatchResult 返回给 BatchExecutor。
   • BatchExecutor 使用结果处理函数处理 BatchResult，并将处理后的结果返回给客户端应用。
2. 异步批量执行：
   • 客户端应用调用 BatchExecutor 的 executeAsync 方法，并传入批量操作、结果消费者函数和批量选项。
   • BatchExecutor 调用 Redisson 客户端创建一个 RBatch 实例。 批量操作命令被添加到 RBatch 中。
   • BatchExecutor 调用 RBatch 的 executeAsync 方法，该方法将所有命令异步发送到 Redis 服务器执行。
   • Redis 服务器执行这些命令并异步返回结果给 Redisson 客户端。
   • Redisson 客户端返回一个 CompletableFuture<BatchResult> 给 BatchExecutor。
   • BatchExecutor 将一个 CompletableFuture<Void> 返回给客户端应用。
   • 客户端应用将结果消费者函数附加到 CompletableFuture 上。
   • 客户端应用可以继续执行其他工作，当批量操作完成时，结果消费者函数会被调用以异步处理结果。

流程图：

在这个流程图中，我们可以看到以下步骤：

1. 启动:
   • 流程开始时，首先创建 BatchExecutor 实例。
2. 设置批量操作:
   • 定义 BatchOperation，其中包含将要批量执行的 Redis 命令。
3. 同步执行:
   • 如果选择同步执行 (Sync Execute)，则调用 BatchExecutor 的 execute 方法。
   • 执行批量操作，并等待结果 (Execute Batch)。
   • 处理并返回批量执行的结果 (Process Result)。
4. 异步执行:
   • 如果选择异步执行 (Async Execute)，则调用 BatchExecutor 的 executeAsync 方法。
   • 异步执行批量操作，立即返回 CompletableFuture (Execute Batch Async)。
   • 附加回调函数以处理异步结果 (Attach Callback)。
   • 当批量操作完成时，回调函数被触发，处理结果 (Result Consumer)。
5. 结束:
   • 最终，同步或异步流程都会结束，返回处理后的结果。

功能总结

1. 批量操作的封装: - BatchExecutor 提供了一个简洁的接口来收集和执行多个 Redis 命令。 2. 同步和异步执行支持: - 支持同步 (execute) 和异步 (executeAsync) 执行批量操作，以适应不同的应用场景和性能需求。 3. 结果处理: - 允许用户定义如何处理批量操作的结果，通过传递一个处理函数或消费者函数。 4. 自定义批量操作配置: - 用户可以通过 BatchOptions 参数自定义批量操作的行为（如执行模式、响应模式等）。 5. 异常处理和日志记录: - 提供了异常处理机制，并通过日志记录来帮助开发者诊断问题。 6. 资源管理: - 确保在操作完成后释放资源，避免潜在的资源泄露。

测试类：

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.BatchResult;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.api.BatchOptions;
import org.redisson.config.Config;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
/**
 * @Author derek_smart
 * @Date 202/5/14 8:51
 * @Description RBatch 测试类
 */
public class BatchExecutorExample {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(BatchExecutorExample.class);

    public static void main(String[] args) {
        // 初始化 Redisson 客户端
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
        RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);

        // 创建 BatchExecutor 实例
        BatchExecutor batchExecutor = new BatchExecutor(redissonClient);

        // 自定义 BatchOptions
        BatchOptions options = BatchOptions.defaults()
                .executionMode(BatchOptions.ExecutionMode.IN_MEMORY_ATOMIC);

        // 执行同步批量操作并处理结果
        try {
            List<?> responses = batchExecutor.execute(batch -> {
                batch.getMap("derekMap").fastPutAsync("key1", "value1");
                batch.getMap("derekMap").fastPutAsync("key2", "value2");
                batch.getSet("derekSet").addAsync("value1");
                batch.getSet("derekSet").addAsync("value2");
            }, BatchResult::getResponses, options);

            // 打印批量操作的结果
            responses.forEach(response -> logger.info("Sync batch response: {}", response));
        } catch (Exception e) {
            logger.error("Synchronous batch operation failed", e);
        }

        // 执行异步批量操作并处理结果
        CompletableFuture<Void> future = batchExecutor.executeAsync(batch -> {
            batch.getMap("derekMap").fastPutAsync("key3", "value3");
            batch.getMap("derekMap").fastPutAsync("key4", "value4");
            batch.getSet("derekSet").addAsync("value3");
            batch.getSet("derekSet").addAsync("value4");
        }, result -> {
            result.getResponses().forEach(response -> logger.info("Async batch response: {}", response));
        }, options);

        // 等待异步批量操作完成
        try {
            future.get();
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            logger.error("Asynchronous batch operation failed", e);
        }

        // 关闭 Redisson 客户端
        redissonClient.shutdown();
    }
}

总结

RBatch 提供了一种高效的方式来执行大量的 Redis 命令，它通过减少网络延迟和利用 Redis 的事务或管道特性来提高性能。可以根据具体的需求选择合适的执行模式和响应模式。