Go语言实现基于HTTP的内存缓存服务

所有的缓存数据都存储在服务器的内存中，因此重启服务器会导致数据丢失，基于HTTP通信会将使开发变得简单，但性能不会太好

缓存服务接口

本程序采用REST接口，支持设置(Set)、获取(Get)和删除(Del)这3个基本操作，同时还支持对缓存服务状态进行查询。Set操作是将一对键值对设置到服务器中，通过HTTP的PUT方法进行，Get操作用于查询某个键并获取其值，通过HTTP的GET方法进行，Del操作用于从缓存中删除某个键，通过HTTP的DELETE方法进行，同时用户可以查询缓存服务器缓存了多少键值对，占据了多少字节

创建一个cache包，编写缓存服务的主要逻辑

先定义了一个Cache接口类型，包含了要实现的4个方法(设置、获取、删除和状态查询)

package cache

type Cache interface {
	Set(string, []byte) error
	Get(string) ([]byte, error)
	Del(string) error
	GetStat() Stat
}

缓存服务实现

综上所述，这个缓存服务实现起来还是比较容易的，使用Go语言内置的map存储键值，使用http库来处理HTTP请求，实现REST接口

定义状态信息

定义了一个Stat结构体，表示缓存服务状态:

type Stat struct {
	Count     int64
	KeySize   int64
	ValueSize int64
}

Count表示缓存目前保存的键值对数量，KeySize和ValueSize分别表示键和值所占的总字节数

实现两个方法，用来更新Stat信息:

func (s *Stat) add(k string, v []byte) {
	s.Count += 1
	s.KeySize += int64(len(k))
	s.ValueSize += int64(len(v))
}

func (s *Stat) del(k string, v []byte) {
	s.Count -= 1
	s.KeySize -= int64(len(k))
	s.ValueSize -= int64(len(v))
}

缓存增加键值数据时，调用add函数，更新缓存状态信息，对应地，删除数据时就调用del，保持状态信息的正确

实现Cache接口

下面定义一个New函数，创建并返回一个Cache接口:

func New(typ string) Cache {
	var c Cache
	if typ == "inmemory" {
		c = newInMemoryCache()
	}
	if c == nil {
		panic("unknown cache type " + typ)
	}
	log.Println(typ, "ready to serve")
	return c
}

该函数会接收一个string类型的参数，这个参数指定了要创建的Cache接口的具体结构类型，这里考虑到以后可能不限于内存缓存，有扩展的可能。如果typ是"inmemory"代表是内存缓存，就调用newInMemoryCache，并返回

如下定义了inMemoryCache结构和对应New函数:

type inMemoryCache struct {
	c     map[string][]byte
	mutex sync.RWMutex
	Stat
}

func newInMemoryCache() *inMemoryCache {
	return &inMemoryCache{
		make(map[string][]byte),
		sync.RWMutex{}, Stat{}}
}

这个结构中包含了存储数据的map，和一个读写锁用于并发控制，还有一个Stat匿名字段，用来记录缓存状态

下面一一实现所定义的接口方法:

func (c *inMemoryCache) Set(k string, v []byte) error {
	c.mutex.Lock()
	defer c.mutex.Unlock()
	tmp, exist := c.c[k]
	if exist {
		c.del(k, tmp)
	}
	c.c[k] = v
	c.add(k, v)
	return nil
}

func (c *inMemoryCache) Get(k string) ([]byte, error) {
	c.mutex.RLock()
	defer c.mutex.RLock()
	return c.c[k], nil
}

func (c *inMemoryCache) Del(k string) error {
	c.mutex.Lock()
	defer c.mutex.Unlock()
	v, exist := c.c[k]
	if exist {
		delete(c.c, k)
		c.del(k, v)
	}
	return nil
}

func (c *inMemoryCache) GetStat() Stat {
	return c.Stat
}

Set函数的作用是设置键值到map中，这要在上锁的情况下进行，首先判断map中是否已有此键，之后用新值覆盖，过程中要更新状态信息

Get函数的作用是获取指定键对应的值，使用读锁即可

Del同样须要互斥，先判断map中是否有指定的键，如果有则删除，并更新状态信息

实现HTTP服务

接下来实现HTTP服务，基于Go语言的标准HTTP包来实现，在目录下创建一个http包

先定义Server相关结构、监听函数和New函数:

type Server struct {
	cache.Cache
}

func (s *Server) Listen() error {
	http.Handle("/cache/", s.cacheHandler())
	http.Handle("/status", s.statusHandler())
	err := http.ListenAndServe(":9090", nil)
	if err != nil {
		log.Println(err)
		return err
	}
	return nil
}

func New(c cache.Cache) *Server {
	return &Server{c}
}

Server结构体内嵌了cache.Cache接口，这意味着http.Server也要实现对应接口，为Server定义了一个Listen方法，其中会调用http.Handle函数，会注册两个Handler分别用来处理/cache/和status这两个http协议的端点

Server.cacheHandler和http.statusHandler返回一个http.Handler接口，用于处理HTTP请求，相关实现如下:

要实现http.Handler接口就要实现ServeHTTP方法，是真正处理HTTP请求的逻辑，该方法使用switch-case对请求方式进行分支处理，处理PUT、GET、DELETE请求，其他都丢弃

package http

import (
	"io/ioutil"
	"log"
	"net/http"
	"strings"
)

type cacheHandler struct {
	*Server
}

func (h *cacheHandler) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	key := strings.Split(r.URL.EscapedPath(), "/")[2]
	if len(key) == 0 {
		w.WriteHeader(http.StatusBadRequest)
		return
	}
	switch r.Method {
	case http.MethodPut:
		b, _ := ioutil.ReadAll(r.Body)
		if len(b) != 0 {
			e := h.Set(key, b)
			if e != nil {
				log.Println(e)
				w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError)
			}
		}
		return
	case http.MethodGet:
		b, e := h.Get(key)
		if e != nil {
			log.Println(e)
			w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError)
			return
		}
		if len(b) == 0 {
			w.WriteHeader(http.StatusNotFound)
			return
		}
		w.Write(b)
		return
	case http.MethodDelete:
		e := h.Del(key)
		if e != nil {
			log.Println(e)
			w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError)
		}
		return
	default:
		w.WriteHeader(http.StatusMethodNotAllowed)
	}
}

func (s *Server) cacheHandler() http.Handler {
	return &cacheHandler{s}
}

同理，statusHandler实现如下:

package http

import (
	"encoding/json"
	"log"
	"net/http"
)

type statusHandler struct {
	*Server
}

func (h *statusHandler) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	if r.Method != http.MethodGet {
		w.WriteHeader(http.StatusMethodNotAllowed)
		return
	}
	b, e := json.Marshal(h.GetStat())
	if e != nil {
		log.Println(e)
		w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError)
		return
	}
	w.Write(b)
}

func (s *Server) statusHandler() http.Handler {
	return &statusHandler{s}
}

该方法只处理GET请求，调用GetStat方法得到缓存状态信息，将其序列化为JSON数据后写回

测试运行

编写一个main.main，作为程序的入口:

package main

import (
	"cache/cache"
	"cache/http"
	"log"
)

func main() {
	c := cache.New("inmemory")
	s := http.New(c)
	err := s.Listen()
	if err != nil {
		log.Fatalln(err)
	}
}

发起PUT请求，增加数据:

$ curl -v localhost:9090/cache/key -XPUT -d value
*   Trying 127.0.0.1:9090...
* TCP_NODELAY set
* Connected to localhost (127.0.0.1) port 9090 (#0)
> PUT /cache/key HTTP/1.1
> Host: localhost:9090
> User-Agent: curl/7.68.0
> Accept: */*
> Content-Length: 5
> Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
>
* upload completely sent off: 5 out of 5 bytes
* Mark bundle as not supporting multiuse
< HTTP/1.1 200 OK
< Date: Thu, 25 Aug 2022 03:19:47 GMT
< Content-Length: 0
<
* Connection #0 to host localhost left intact

查看状态信息:

$ curl localhost:9090/status
{"Count":1,"KeySize":3,"ValueSize":5}

查询:

$ curl localhost:9090/cache/key
value