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緩存架構(gòu)的理論分析

jeffrey_up / 1736人閱讀

摘要：但實(shí)際情況是緩存是大型網(wǎng)站的標(biāo)配。以上分析告訴我們緩存架構(gòu)要滿足冷熱分離的特征不滿足，因?yàn)槔鋽?shù)據(jù)可能擠走熱數(shù)據(jù)。另外，眾所周知，緩存架構(gòu)還要滿足讀寫(xiě)分離的特征也不滿足，因?yàn)閷?xiě)操作會(huì)爭(zhēng)搶讀操作的資源。這種風(fēng)格需要緩存系統(tǒng)的支持。

問(wèn)題背景

略談服務(wù)端緩存設(shè)計(jì) 一文說(shuō)到緩存不是必須的，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)本身就利用了內(nèi)存。但實(shí)際情況是緩存是大型網(wǎng)站的標(biāo)配。

雖然經(jīng)驗(yàn)顯示RDBMS最快時(shí)只需0~1ms就能響應(yīng)，不遜于專門的緩存，但是當(dāng)壓力增大時(shí)，性能的下降也是飛快的。隨著業(yè)務(wù)的逐漸復(fù)雜、開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的逐漸擴(kuò)大，難以全面優(yōu)化所有的SQL，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存的命中率難免下降。

數(shù)據(jù)庫(kù)的連接數(shù)是有限的、磁盤(pán)的并發(fā)能力也很差，因此當(dāng)訪問(wèn)量增大或數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存命中率下降，平均響應(yīng)速度會(huì)陡然下降；更糟的是，某些查詢導(dǎo)致大量的冷數(shù)據(jù)換入并占用數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存(例如全表掃描)，真正最需要的熱數(shù)據(jù)暫時(shí)被擋在內(nèi)存外，等到1~100ms(或更久)之后才能重新被讀入數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存，到這種時(shí)候，壓力可能爆棚了。

MySQL的buffer pool hit rate指標(biāo)統(tǒng)計(jì)了命中率。

MySQL有類似于分代LRU的機(jī)制，按這個(gè)鏈接調(diào)優(yōu)能有所緩解。

以上分析告訴我們：緩存架構(gòu)要滿足冷熱分離的特征——RDBMS不滿足，因?yàn)槔鋽?shù)據(jù)可能擠走熱數(shù)據(jù)。

另外，眾所周知，緩存架構(gòu)還要滿足讀寫(xiě)分離的特征——RDBMS也不滿足，因?yàn)閷?xiě)操作會(huì)爭(zhēng)搶讀操作的資源。

鑒于這些局限性，RDBMS終歸還是頂不住，緩存成為大型網(wǎng)站的標(biāo)配就是順理成章的了。

方案選擇

略談服務(wù)端緩存設(shè)計(jì) 一文還比較了本地緩存和分布式緩存，首推分布式緩存。那么就要選擇一款緩存系統(tǒng)。而且強(qiáng)烈建議預(yù)先考慮水平擴(kuò)展，如果先用了單機(jī)方案，之后很難不關(guān)機(jī)就在線遷移到基于sharding的集群方案。

緩存系統(tǒng)的選擇，我隨手列一些典型方案(沒(méi)有每個(gè)都用過(guò))，分成三系：
Memcached系：Twemproxy(手動(dòng)rebalance)，Couchbase
Redis系：Twemproxy(手動(dòng)rebalance)，Codis，官方的Redis Cluster
Java系：Apache Ignite(支持多種語(yǔ)言，兼容Memcached API)，基礎(chǔ)性能低于前兩系，但支持SQL查詢、事務(wù)和豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還能遠(yuǎn)程執(zhí)行代碼、推送事件通知、對(duì)接本地緩存/數(shù)據(jù)庫(kù)/HDFS等。同類產(chǎn)品有Hazelcast、Gemfire。

應(yīng)用代碼怎么寫(xiě)？通常是：讀操作先get緩存，若沒(méi)有，查數(shù)據(jù)庫(kù)，并且set緩存；寫(xiě)操作直達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)，并且delete緩存。這種風(fēng)格稱為直寫(xiě)式緩存。

為避免重復(fù)代碼，可以利用AOP：Java可用Spring Cache，另外Hibernate可自動(dòng)管理緩存；支持高階函數(shù)的語(yǔ)言自帶AOP，把數(shù)據(jù)操作變成閉包，外層包一個(gè)處理緩存的函數(shù)。

還有一種風(fēng)格稱為寫(xiě)回式緩存，讀寫(xiě)操作都走緩存，由緩存來(lái)負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫(kù)同步。這種風(fēng)格需要緩存系統(tǒng)的支持。

結(jié)語(yǔ)

以上對(duì)問(wèn)題背景和方案選擇都做了分析，尤其觸及一些知識(shí)盲點(diǎn)，然而這只是理論。
是的！鑒于實(shí)際環(huán)境的復(fù)雜性(即使是本篇文章也無(wú)法反映真實(shí)情況)，最推薦的做法仍然是實(shí)測(cè)！根據(jù)真實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)設(shè)計(jì)你的緩存架構(gòu)！(并不是只能線上實(shí)測(cè)，可以在測(cè)試環(huán)境盡量模擬。)

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