一、背景介绍：

我们在进行数据存储的时候，有时候会加入本地缓存、分布式缓存以及数据库存储三级的结构，当我们取值的时候经常是像下面这样的流程：

1.先取本地缓存，如果值存在直接返回

2.本地缓存不存在，获取分布式缓存，存在直接返回，并更新本地缓存

3.分布式缓存不存在，查询数据库，更新分布式缓存、更新本地缓存，最后返回

但如果对于一些场景，可能只有本地缓存、只有分布式缓存或者说上面三种的几种组合，我们怎么要应对这样的变化，怎么能抽象出一套方式，能够应对各种不同数据存储方式造成的变化。

二、设计思路：

首先我们分析一下上面这个过程的模型，可以抽象出5个方法：

1.GetDataFromLocalCache

2.GetDataFromDistributeCache

3.GetDataFromDB

4.SetDataToLocalCache

5.SetDataToDistributeCache

其实，不同的场景无非就是这几个方法的组合，只不过里面的内容不同罢了，说到这里我们应该已经有思路了，可以利用委托来实现。

三、详细设计：

①定义一个类，包含上面五个方法的委托；

  1. public class DataOperateInput<T>
  2. {
  3.     public Func<T> GetDataFromLocalCache { get; set; } = null;        //获取本地缓存数据
  4.     public Func<T> GetDataFromDistributeCache { get; set; } = null;   //获取分布式缓存数据
  5.     public Func<T> GetDataFromDb { get; set; } = null;                //获取DB数据
  6.     public Action<T> SetDataTolocalCache { get; set; } = null;        //设置本地缓存数据
  7.     public Action<T> SetDataToDistributeCache { get; set; } = null;   //设置分布式缓存数据
  8. }

②实现一个方法，组合这五个方法。

  1.  public class DataOperate
  2.     {
  3.         /// <summary>
  4.         /// 获取数据入口
  5.         /// </summary>
  6.         /// <typeparam name="T"></typeparam>
  7.         /// <param name="input"></param>
  8.         /// <returns></returns>
  9.         public T GetData<T>(DataOperateInput<T> input) where T : class, new()
  10.         {
  11.             T result = null;
  12.  
  13.             //需要从本地缓存取
  14.             if (input.GetDataFromLocalCache != null)
  15.             {
  16.                 //调用本地缓存委托方法获取值
  17.                 result = input.GetDataFromLocalCache();
  18.  
  19.                 if (result != null)
  20.                 {
  21.                     return result;
  22.                 }
  23.             }
  24.             //获取值为空或者不从本地缓存获取，调用下面的方法，从分布式缓存和Db中获取数据
  25.             return GetDataFromDistributeAndDB(input);
  26.         }
  27.  
  28.         /// <summary>
  29.         /// 从分布式缓存和Db中获取数据
  30.         /// </summary>
  31.         /// <typeparam name="T"></typeparam>
  32.         /// <param name="input"></param>
  33.         /// <returns></returns>
  34.         private T GetDataFromDistributeAndDB<T>(DataOperateInput<T> input) where T : class, new()
  35.         {
  36.             T result = null;
  37.  
  38.             if (input.GetDataFromDistributeCache != null)
  39.             {
  40.                 //从缓存中取值
  41.                 result = input.GetDataFromDistributeCache();
  42.  
  43.                 //如果需要设置会本地缓存，那么设置
  44.                 if (result != null)
  45.                 {
  46.                     //如果设置本地缓存的委托存在，调用它设置本地缓存
  47.                     input.SetDataTolocalCache?.Invoke(result);
  48.                 }
  49.             }
  50.  
  51.             //获取值为空或者不从分布式缓存获取，调用下面的方法，从Db中获取数据
  52.             return GetDataFromDB(input);
  53.         }
  54.  
  55.         /// <summary>
  56.         /// 从数据库中获取数据
  57.         /// </summary>
  58.         /// <typeparam name="T"></typeparam>
  59.         /// <param name="input"></param>
  60.         /// <returns></returns>
  61.         private T GetDataFromDB<T>(DataOperateInput<T> input) where T : class, new()
  62.         {
  63.             T result = null;
  64.             if (input.GetDataFromDb != null)
  65.             {
  66.                 //从DB中取值
  67.                 result = input.GetDataFromDb();
  68.  
  69.                 //如果需要设置会分布式缓存和本地缓存，那么设置
  70.                 if (result != null)
  71.                 {
  72.                     input.SetDataToDistributeCache?.Invoke(result);
  73.                     input.SetDataTolocalCache?.Invoke(result);
  74.                 }
  75.             }
  76.             return result;
  77.         }
  78.  
  79.     }

③ 具体实现一个服务类，和各种GetData、SetData方法；

A.定义一个枚举类，通过这个枚举可以自由组合数据源

  1. /// <summary>
  2. /// 数据源类别
  3. /// </summary>
  4. [Flags]
  5. public enum DataSourceKind
  6. {
  7.     /// <summary>
  8.     /// 本地缓存
  9.     /// </summary>
  10.     LocalCache = ,
  11.     /// <summary>
  12.     /// 分布式缓存
  13.     /// </summary>
  14.     DistributeCache = ,
  15.     /// <summary>
  16.     /// 数据库
  17.     /// </summary>
  18.     DataBase = 
  19.  
  20. }

B.定义一个具体的实体类，举例我这里定义了一个User类

  1. public class User : IUser
  2. {
  3.     public long UserId { get; set; }
  4.     public string Name { get; set; }
  5.     public int Age { get; set; }
  6.     public int Sex { get; set; }
  7. }

C.实现一个获取用户信息的方法

  1. /// <summary>
  2.     /// 获取用户数据
  3.     /// </summary>
  4.     /// <param name="userId">用户Id（可以是自己相关的业务代码）</param>
  5.     /// <param name="dataSources">数据源类型（调用方可以自己组合）</param>
  6.     /// <param name="needUpdatelocal">是否需要更新本地缓存</param>
  7.     /// <param name="needUpdateDistribute">是否需要更新分布式缓存</param>
  8.     /// <returns></returns>
  9.     public User GetUserInfo(long userId,
  10.         DataSourceKind dataSources = DataSourceKind.LocalCache ,
  11.         bool needUpdatelocal = false,
  12.         bool needUpdateDistribute = false)
  13.     {
  14.         Console.WriteLine($"======数据源:{dataSources.ToString()} 是否更新本地:{needUpdatelocal}  是否更新Redis:{needUpdateDistribute}======");
  15.  
  16.         //初始化一个输入参数类
  17.         var input = new DataOperateInput<User>();
  18.  
  19.         //如果包含从本地缓存取值
  20.         if (dataSources.HasFlag(DataSourceKind.LocalCache))
  21.         {
  22.             input.GetDataFromLocalCache = () =>
  23.             {
  24.                 //！！这里可以写具体的 获取本地缓存的处理逻辑
  25.                 return GetUserFromLocalCache(userId);
  26.             };
  27.         }
  28.  
  29.         //如果包含从分布式缓存取值
  30.         if (dataSources.HasFlag(DataSourceKind.DistributeCache))
  31.         {
  32.             input.GetDataFromDistributeCache = () =>
  33.             {
  34.                 //！！这里可以写具体的获取分布式缓存的处理逻辑
  35.                 return GetUserFromRedisCache(userId);
  36.             };
  37.  
  38.             if (needUpdatelocal)
  39.             {
  40.                 input.SetDataTolocalCache = (value) =>
  41.                 {
  42.                     //！！这里可以写具体的设定本地缓存的处理逻辑
  43.                     SetUserToLocalCache(value);
  44.                 };
  45.             }
  46.         }
  47.  
  48.         //如果包含从数据库缓存取值
  49.         if (dataSources.HasFlag(DataSourceKind.DataBase))
  50.         {
  51.             input.GetDataFromDb = () =>
  52.             {
  53.                 //！！这里可以写具体的获取数据库数据的处理逻辑
  54.                 return GetUserFromDB(userId);
  55.             };
  56.  
  57.             if (needUpdateDistribute)
  58.             {
  59.                 //！！这里可以写具体的设定分布式缓存的处理逻辑
  60.                 input.SetDataToDistributeCache = (value) =>
  61.                 {
  62.                     SetUserToRedisCache(value);
  63.                 };
  64.             }
  65.  
  66.             if (needUpdatelocal)
  67.             {
  68.                 //！！这里可以写具体的设定本地缓存的处理逻辑
  69.                 input.SetDataTolocalCache = (value) =>
  70.                 {
  71.                     SetUserToLocalCache(value);
  72.                 };
  73.             }
  74.         }
  75.  
  76.         //执行我们组合好的input
  77.         var result =  new DataOperate().GetData(input);
  78.  
  79.         Console.WriteLine("=============================================\n");
  80.  
  81.         return result;
  82.     }

上面的代码描述了使用封装好的GetData的方法的使用，其中有些委托的方法是需要具体实现的，这里我没有详细写。下面列出用于测试的GetUserFromLocalCache、GetUserFromRedisCache、GetUserFromDB、SetUserToLocalCache以及SetUserToRedisCache的代码。

  1. /// <summary>
  2. /// 从本地缓存获取用户信息
  3. /// </summary>
  4. /// <param name="userId"></param>
  5. /// <returns></returns>
  6. private User GetUserFromLocalCache(long userId)
  7. {
  8.     User user = null;
  9.  
  10.     if (userId ==  )
  11.     {
  12.         user = new User
  13.         {
  14.             UserId = userId,
  15.             Age = ,
  16.             Name = $"BigOrange_{userId}",
  17.             Sex =
  18.         };
  19.     }
  20.  
  21.     if (user == null)
  22.     {
  23.         Console.WriteLine($"从本地缓存取值 未查询到  UserId={userId}");
  24.     }
  25.     else
  26.     {
  27.         Console.WriteLine($"从本地缓存取值  UserId={user.UserId} Name={user.Name} ");
  28.     }
  29.  
  30.     return user;
  31. }
  32.  
  33. /// <summary>
  34. /// 从Redis缓存获取用户信息
  35. /// </summary>
  36. /// <param name="userId"></param>
  37. /// <returns></returns>
  38. private User GetUserFromRedisCache(long userId )
  39. {
  40.     User user = null;
  41.  
  42.     if (userId ==  || userId ==  )
  43.     {
  44.         user =  new User
  45.         {
  46.             UserId = userId,
  47.             Age = ,
  48.             Name = $"BigOrange_{userId}",
  49.             Sex =
  50.         };
  51.     }
  52.  
  53.     if (user == null)
  54.     {
  55.         Console.WriteLine($"从Redis缓存取值 未查询到  UserId={userId}");
  56.     }
  57.     else
  58.     {
  59.         Console.WriteLine($"从Redis缓存取值 UserId={user.UserId} Name={user.Name}");
  60.     }
  61.  
  62.     return user;
  63. }
  64.  
  65. /// <summary>
  66. /// 从DB获取用户信息
  67. /// </summary>
  68. /// <param name="userId"></param>
  69. /// <returns></returns>
  70. private User GetUserFromDB(long userId)
  71. {
  72.     Console.WriteLine("从数据库中取值");
  73.  
  74.     User user = null;
  75.  
  76.     if (userId ==  || userId ==  || userId == )
  77.     {
  78.         user = new User
  79.         {
  80.             UserId = userId,
  81.             Age = ,
  82.             Name = $"BigOrange_{userId}",
  83.             Sex =
  84.         };
  85.     }
  86.  
  87.     if (user == null)
  88.     {
  89.         Console.WriteLine($"从DB取值 未查询到  UserId={userId}");
  90.     }
  91.     else
  92.     {
  93.         Console.WriteLine($"从DB取值 UserId={user.UserId} Name={user.Name}");
  94.     }
  95.  
  96.     return user;
  97. }
  98.  
  99. /// <summary>
  100. /// 设置用户信息到本地缓存
  101. /// </summary>
  102. /// <param name="userInfo"></param>
  103. /// <returns></returns>
  104. private bool SetUserToLocalCache(User userInfo)
  105. {
  106.     Console.WriteLine($"设置值到本地缓存:useId = {userInfo.UserId}");
  107.     return true;
  108. }
  109.  
  110. /// <summary>
  111. /// 设置用户信息到Redis缓存
  112. /// </summary>
  113. /// <param name="userInfo"></param>
  114. /// <returns></returns>
  115. private bool SetUserToRedisCache(User userInfo)
  116. {
  117.     Console.WriteLine($"设置值到Redis缓存:useId = {userInfo.UserId}");
  118.     return true;
  119. }

④测试一下

根据上面的代码，写了一些测试用的条目：

  1. static void Main(string[] args)
  2. {
  3.     var userInfoService = new UserInfoService();
  4.  
  5.     /*
  6.      * 测试用例
  7.        数据库中存在 User1、User2、User3
  8.        分布式缓存 User1、User2
  9.        本地缓存 User1
  10.      */
  11.  
  12.     //1.只从本地缓存取值
  13.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache);
  14.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache); 
  15.  
  16.     //2.只从Redis缓存取值
  17.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.DistributeCache);
  18.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.DistributeCache);  
  19.  
  20.     //3.只从DB取值
  21.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.DataBase);
  22.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.DataBase); 
  23.  
  24.     //4.从本地缓存和Redis取值
  25.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DistributeCache);
  26.     //不更新到本地
  27.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DistributeCache, false);
  28.     //更新到本地
  29.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DistributeCache, true);
  30.  
  31.     //5.从Redis和DB取值
  32.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.DistributeCache | DataSourceKind.DataBase);
  33.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.DistributeCache | DataSourceKind.DataBase, false, false);
  34.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.DistributeCache | DataSourceKind.DataBase, false, true);
  35.  
  36.     //6.从本地和DB取值
  37.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DataBase);
  38.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DataBase, false,false);
  39.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DataBase, true, false);
  40.  
  41.     //7.三者都使用
  42.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DistributeCache | DataSourceKind.DataBase,false,false);
  43.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DistributeCache | DataSourceKind.DataBase,false,false);
  44.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DistributeCache | DataSourceKind.DataBase, true,false);
  45.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DistributeCache | DataSourceKind.DataBase,false,false);
  46.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DistributeCache | DataSourceKind.DataBase, true, false);
  47.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DistributeCache | DataSourceKind.DataBase, false, true);
  48.     userInfoService.GetUserInfo(, DataSourceKind.LocalCache | DataSourceKind.DistributeCache | DataSourceKind.DataBase, true,true);
  49.  
  50.     Console.ReadKey();
  51. }

执行结果：

======数据源:LocalCache 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 UserId=1 Name=BigOrange_1
=============================================

======数据源:LocalCache 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=2
=============================================

======数据源:DistributeCache 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从Redis缓存取值 UserId=2 Name=BigOrange_2
=============================================

======数据源:DistributeCache 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从Redis缓存取值 未查询到 UserId=3
=============================================

======数据源:DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从DB取值 UserId=3 Name=BigOrange_3
=============================================

======数据源:DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从DB取值 未查询到 UserId=4
=============================================

======数据源:LocalCache, DistributeCache 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 UserId=1 Name=BigOrange_1
=============================================

======数据源:LocalCache, DistributeCache 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=2
从Redis缓存取值 UserId=2 Name=BigOrange_2
=============================================

======数据源:LocalCache, DistributeCache 是否更新本地:True 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=2
从Redis缓存取值 UserId=2 Name=BigOrange_2
设置值到本地缓存:useId = 2
=============================================

======数据源:DistributeCache, DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从Redis缓存取值 UserId=2 Name=BigOrange_2
从DB取值 UserId=2 Name=BigOrange_2
=============================================

======数据源:DistributeCache, DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从Redis缓存取值 未查询到 UserId=3
从DB取值 UserId=3 Name=BigOrange_3
=============================================

======数据源:DistributeCache, DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:True======
从Redis缓存取值 未查询到 UserId=3
从DB取值 UserId=3 Name=BigOrange_3
设置值到Redis缓存:useId = 3
=============================================

======数据源:LocalCache, DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 UserId=1 Name=BigOrange_1
=============================================

======数据源:LocalCache, DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=3
从DB取值 UserId=3 Name=BigOrange_3
=============================================

======数据源:LocalCache, DataBase 是否更新本地:True 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=3
从DB取值 UserId=3 Name=BigOrange_3
设置值到本地缓存:useId = 3
=============================================

======数据源:LocalCache, DistributeCache, DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 UserId=1 Name=BigOrange_1
=============================================

======数据源:LocalCache, DistributeCache, DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=2
从Redis缓存取值 UserId=2 Name=BigOrange_2
从DB取值 UserId=2 Name=BigOrange_2
=============================================

======数据源:LocalCache, DistributeCache, DataBase 是否更新本地:True 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=2
从Redis缓存取值 UserId=2 Name=BigOrange_2
设置值到本地缓存:useId = 2
从DB取值 UserId=2 Name=BigOrange_2
设置值到本地缓存:useId = 2
=============================================

======数据源:LocalCache, DistributeCache, DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=3
从Redis缓存取值 未查询到 UserId=3
从DB取值 UserId=3 Name=BigOrange_3
=============================================

======数据源:LocalCache, DistributeCache, DataBase 是否更新本地:True 是否更新Redis:False======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=3
从Redis缓存取值 未查询到 UserId=3
从DB取值 UserId=3 Name=BigOrange_3
设置值到本地缓存:useId = 3
=============================================

======数据源:LocalCache, DistributeCache, DataBase 是否更新本地:False 是否更新Redis:True======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=3
从Redis缓存取值 未查询到 UserId=3
从DB取值 UserId=3 Name=BigOrange_3
设置值到Redis缓存:useId = 3
=============================================

======数据源:LocalCache, DistributeCache, DataBase 是否更新本地:True 是否更新Redis:True======
从本地缓存取值 未查询到 UserId=3
从Redis缓存取值 未查询到 UserId=3
从DB取值 UserId=3 Name=BigOrange_3
设置值到Redis缓存:useId = 3
设置值到本地缓存:useId = 3
=============================================

四、总结一下

类似上面的用户信息，可能对于不同系统、不同性能要求，获取方式会有所不同。

打个比方：对于一个后台管理系统，用户信息获取是一个低频操作，可能只需要从数据库中获取，此时一般后台系统不会设置本地缓存和分布式缓存，而对于一个接口系统，可能每天有几百万的访问量，此时如果只从数据库获取，很难承受，所以要利用到分布式缓存和本地缓存。层次越多那么变化和组合也就越多，但是每个实体的存取如果都各自实现自己的方式，又比较浪费，所以如果能抽象出一套方法，只需要告诉方法存取的方式，然后得到自己想要的数据，或许这样是比较好的方式，而具体怎么拿、怎么存，还是由调用的人去给出，这样可以应对复杂的规则。这也是为什么要使用这么多委托的原因，由于像上面获取和设定User缓存的方式多种多样，这么做可以把具体的获取和设置缓存的操作开放给使用者。在系统重构方面上，可以将一些通用的方法抽象出来，相对成本较低，扩展性好一些。

五、题外话

上面的代码中对于更新数据，没有做线程安全处理，多个进程去更新分布式缓存、同一进程的多个线程去更新本地缓存，可能都需要进行锁操作。

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