ABP VNext + 多级缓存架构：本地 + Redis + CDN

发布于：2025-07-14 ⋅ 阅读:(28) ⋅ 点赞:(0)

ABP VNext + 多级缓存架构：本地 + Redis + CDN

📚 目录

一、引言 🚀

✨ TL;DR

  • 🔥 本地内存 Cache + Redis 分布式 Cache（HybridCache）+ CDN 静态资源三级缓存
  • ⚙️ 演示 Cache-Aside、Write-Through、Write-Behind、分布式锁、版本管理、失效广播
  • 📈 端到端示例：API 数据与静态资源协同优化

📚 背景与动机
在微服务环境中，单一内存缓存仅限单实例；纯 Redis 缓存易遭“击穿/雪崩”；静态资源如不加速则带宽受限。三级缓存架构结合本地缓存的超低延迟、Redis 的跨节点共享和 CDN 的全球分发，可实现秒级响应与高可用。

二、环境与依赖 🛠️

  • 运行平台：.NET 6+ / ABP VNext 6.x

  • NuGet 包：

    • Microsoft.Extensions.Caching.Memory（内存缓存）
    • Microsoft.Extensions.Caching.StackExchangeRedis（分布式缓存）
    • Volo.Abp.Caching.StackExchangeRedis（ABP Redis 扩展）
    • Volo.Abp.DistributedLocking + Volo.Abp.DistributedLocking.Redis（分布式锁）
    • Microsoft.Extensions.Caching.Hybrid + Volo.Abp.Caching.Hybrid（HybridCache）
    • AspNetCore.HealthChecks.Redis（Redis 健康检查）
    • Prometheus.AspNetCore.HealthChecks（Prometheus 转发）
    • Testcontainers + Testcontainers.Redis（集成测试）

  • CDN 服务示例：Azure CDN / Cloudflare / AWS CloudFront

  • 配置示例（appsettings.json）

    "Caching": {
  "Memory": { "SizeLimit": 1024 },
  "Redis": { "Configuration": "localhost:6379,abortConnect=false" },
  "DistributedLock": { "KeyPrefix": "MyApp:" },
  "HybridCache": {
    "GlobalHybridCacheEntryOptions": {
      "Expiration": "00:20:00",
      "LocalCacheExpiration": "00:10:00"
    }
  },
  "Cdn": {
    "Enable": true,
    "BaseUrl": "https://cdn.example.com/",
    "StaticPaths": ["/images","/css","/js"]
  }
}

三、架构概览 🌐

静态文件
API 请求
缓存
数据库
Client
CDN 缓存
ABP 微服务
IHybridCache
(Local → Redis)
数据库

🔍 四级职责

  1. 🧠 本地缓存：超低延迟、单节点热点数据
  2. 🤝 混合缓存：IHybridCache<T> 自动同步本地与分布式
  3. 🔴 Redis：跨实例共享、高容量、高可用（由 HybridCache 隐式使用）
  4. ☁️ CDN：全球边缘分发、静态资源加速

请求全链路示意 🛣️

Client CDN API HybridCache Database GET /static/js/app.js 静态资源缓存 GET /api/products/123 GetOrCreate("product:123") 返回缓存数据 查询数据库 返回数据 写入本地 & Redis 返回数据 alt [HybridCache 命中] [未命中] 返回 API 数据 Client CDN API HybridCache Database

四、本地内存缓存层 🧠

📦 注入&配置

services.AddMemoryCache(options =>
{
    options.SizeLimit = 1024;
});

💡 Cache-Aside 示例

if (!_memory.TryGetValue(key, out T data))
{
    data = await next();
    _memory.Set(key, data, new MemoryCacheEntryOptions
    {
        AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(5),
        SlidingExpiration = TimeSpan.FromMinutes(2),
        Size = 1,
        Priority = CacheItemPriority.High
    });
}
return data;
  • 线程安全：IMemoryCache 支持并发访问，但需注意服务生命周期

五、分布式锁提供者注册 🔐

// 在 Module.ConfigureServices 或 Startup.ConfigureServices 中：
services.AddStackExchangeRedisLocking(opts =>
{
    opts.Configuration = Configuration["Caching:Redis:Configuration"];
    opts.KeyPrefix = Configuration["DistributedLock:KeyPrefix"];
});
  • 确保锁在多实例下跨节点生效，防止 Cache Stampede

六、HybridCache：二级缓存一体化 🤝

📦 注入 & 配置

builder.Services.AddHybridCache(); 
Configure<AbpHybridCacheOptions>(options =>
{
    options.GlobalHybridCacheEntryOptions = new HybridCacheEntryOptions
    {
        Expiration = TimeSpan.FromMinutes(20),
        LocalCacheExpiration = TimeSpan.FromMinutes(10)
    };
});

🔄 使用示例

var item = await _hybridCache.GetOrCreateAsync(
    key,
    async () => await LoadFromDbAsync(),
    () => new HybridCacheEntryOptions
    {
        Expiration = TimeSpan.FromMinutes(20),
        LocalCacheExpiration = TimeSpan.FromMinutes(10)
    });
  • 背后自动尝试本地→Redis→DB，更新时自动广播失效

七、CDN 静态资源加速 ☁️

⚙️ Cache-Control

app.UseStaticFiles(new StaticFileOptions
{
    OnPrepareResponse = ctx =>
        ctx.Context.Response.Headers["Cache-Control"] = "public,max-age=31536000"
});

🚀 Azure CLI 全量失效

- run: |
    az login --service-principal -u ${{ secrets.AZ_USER }} -p ${{ secrets.AZ_PASS }} --tenant ${{ secrets.AZ_TENANT }}
    az cdn endpoint purge \
      --resource-group MyRg \
      --profile-name MyCdnProfile \
      --name MyEndpoint \
      --content-paths '/*'

💡 PowerShell

Clear-AzCdnEndpointContent -ResourceGroupName MyRg -ProfileName MyCdnProfile `
  -EndpointName MyEndpoint -ContentPath @("/*","/css/*","/js/*")

八、一致性与防护 🛡️
是
否
是
否
Client 请求
API
本地/Hybrid 缓存命中?
直接返回
获取分布式锁
锁成功?
DB 查询并写 HybridCache
回退读 DB & 写本地
写本地 & 返回
  • 锁重试/回退：锁超时后，可短期自旋或直接回退 DB，保证可用性
  • Write-Through/Write-Behind：按业务需求选型

九、序列化与性能 ⚙️

  • JSON vs MessagePack：

    • JSON 易用但体积大
    • MessagePack 紧凑高效

  • 示例：

    services.AddStackExchangeRedisCache(opts =>
{
    opts.Configuration = Configuration["Caching:Redis:Configuration"];
})
.AddStackExchangeRedisExtensions<MsgPackSerializer>();

十、失效管理与版本控制 🔄

  • 📅 绝对 vs 滑动过期：防止缓存雪崩或冷数据长期占用

  • 🎯 Tag-based Invalidation：

    await _hybridCache.RemoveByTagAsync("Products");

  • 🔧 版本号策略：在 Key/URL 中嵌入版本号（如 v2），发布时全量失效

十一、监控与可观察性 📊

📈 Health Checks & Prometheus

services.AddHealthChecks()
    .AddRedis(Configuration["Caching:Redis:Configuration"], name: "Redis")
    .AddCheck<MemoryHealthCheck>("Memory")
    .ForwardToPrometheus();
app.UseEndpoints(endpoints =>
{
    endpoints.MapHealthChecks("/healthz");
    endpoints.MapMetrics(); // Prometheus /metrics
});
  • 需引用 Prometheus.AspNetCore.HealthChecks

🩺 OpenTelemetry & Metrics

builder.Services.AddOpenTelemetryMetrics(m =>
{
    m.AddAspNetCoreInstrumentation()
     .AddHttpClientInstrumentation()
     .AddPrometheusExporter();
});
  • 在 /metrics 端点采集 Cache Hit/Miss、延迟指标，用 Grafana 可视化

十二、多区域与高可用 🌍

  • 被动 Geo-Replication（Premium）：主从同步，仅主写
  • 主动 Geo-Replication（Enterprise）：多主写入，CRDT 同步

十三、自动化测试与 CI/CD 🧪

📦 Testcontainers + xUnit

public class RedisFixture : IAsyncLifetime
{
    public IConnectionMultiplexer Connection { get; private set; }
    private readonly RedisTestcontainer _container =
        new TestcontainersBuilder<RedisTestcontainer>()
          .WithDatabase(new RedisTestcontainerConfiguration { Image = "redis:7.0" })
          .WithWaitStrategy(Wait.ForUnixContainer().UntilPortIsAvailable(6379))
          .Build();

    public async Task InitializeAsync()
    {
        await _container.StartAsync();
        Connection = await ConnectionMultiplexer.ConnectAsync(_container.ConnectionString);
    }

    public async Task DisposeAsync()
        => await _container.DisposeAsync();
}

[CollectionDefinition("Redis")]
public class RedisCollection : ICollectionFixture<RedisFixture> { }

public class CacheTests : IClassFixture<RedisFixture>
{
    private readonly IConnectionMultiplexer _conn;
    public CacheTests(RedisFixture fixture) => _conn = fixture.Connection;

    [Fact]
    public async Task GetOrAdd_Should_Cache()
    {
        var db = _conn.GetDatabase();
        await db.StringSetAsync("key", "value");
        Assert.Equal("value", await db.StringGetAsync("key"));
    }
}

🚄 CI/CD 示意：

  • GitHub Actions：构建 → 单元/集成测试 → 发布 NuGet
  • 静态资源打 Hash → 上传 Azure Blob → az cdn endpoint purge

十四、端到端示例 🔧

public class ProductService : ApplicationService
{
    private readonly IMemoryCache _memory;
    private readonly IHybridCache<ProductDto> _hybrid;
    private readonly IRepository<Product, Guid> _repo;

    public ProductService(
        IMemoryCache memory,
        IHybridCache<ProductDto> hybrid,
        IRepository<Product, Guid> repo)
    {
        _memory = memory;
        _hybrid = hybrid;
        _repo = repo;
    }

    public async Task<ProductDto> GetAsync(Guid id)
    {
        var key = $"product:{id}";

        // 1️⃣ 本地缓存
        if (_memory.TryGetValue(key, out ProductDto dto))
            return dto;

        // 2️⃣ 混合缓存 + 分布式锁
        dto = await _hybrid.GetOrCreateAsync(
            key,
            async () => await MapAsync(await _repo.GetAsync(id)),
            () => new HybridCacheEntryOptions 
                { Expiration = TimeSpan.FromMinutes(10), LocalCacheExpiration = TimeSpan.FromMinutes(5) }
        );

        // 3️⃣ 写回本地
        _memory.Set(key, dto, new MemoryCacheEntryOptions 
        { 
            AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(5), 
            Size = 1 
        });
        return dto;
    }
}

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