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緩存架構的理論分析

Leck1e / 852人閱讀

摘要:但實際情況是緩存是大型網站的標配。以上分析告訴我們緩存架構要滿足冷熱分離的特征不滿足,因為冷數據可能擠走熱數據。另外,眾所周知,緩存架構還要滿足讀寫分離的特征也不滿足,因為寫操作會爭搶讀操作的資源。這種風格需要緩存系統的支持。

問題背景

略談服務端緩存設計 一文說到緩存不是必須的,因為數據庫本身就利用了內存。但實際情況是緩存是大型網站的標配。

雖然經驗顯示RDBMS最快時只需0~1ms就能響應,不遜于專門的緩存,但是當壓力增大時,性能的下降也是飛快的。隨著業務的逐漸復雜、開發團隊的逐漸擴大,難以全面優化所有的SQL,數據庫內存的命中率難免下降。

數據庫的連接數是有限的、磁盤的并發能力也很差,因此當訪問量增大或數據庫內存命中率下降,平均響應速度會陡然下降;更糟的是,某些查詢導致大量的冷數據換入并占用數據庫內存(例如全表掃描),真正最需要的熱數據暫時被擋在內存外,等到1~100ms(或更久)之后才能重新被讀入數據庫內存,到這種時候,壓力可能爆棚了。

MySQL的buffer pool hit rate指標統計了命中率。

MySQL有類似于分代LRU的機制,按這個鏈接調優能有所緩解。

以上分析告訴我們:緩存架構要滿足冷熱分離的特征——RDBMS不滿足,因為冷數據可能擠走熱數據。

另外,眾所周知,緩存架構還要滿足讀寫分離的特征——RDBMS也不滿足,因為寫操作會爭搶讀操作的資源。

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

方案選擇

略談服務端緩存設計 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。而且強烈建議預先考慮水平擴展,如果先用了單機方案,之后很難不關機就在線遷移到基于sharding的集群方案。

緩存系統的選擇,我隨手列一些典型方案(沒有每個都用過),分成三系:
Memcached系:Twemproxy(手動rebalance),Couchbase
Redis系:Twemproxy(手動rebalance),Codis,官方的Redis Cluster
Java系:Apache Ignite(支持多種語言,兼容Memcached API),基礎性能低于前兩系,但支持SQL查詢、事務和豐富的數據結構,還能遠程執行代碼、推送事件通知、對接本地緩存/數據庫/HDFS等。同類產品有Hazelcast、Gemfire。

應用代碼怎么寫?通常是:讀操作先get緩存,若沒有,查數據庫,并且set緩存;寫操作直達數據庫,并且delete緩存。這種風格稱為直寫式緩存。

為避免重復代碼,可以利用AOP:Java可用Spring Cache,另外Hibernate可自動管理緩存;支持高階函數的語言自帶AOP,把數據操作變成閉包,外層包一個處理緩存的函數。

還有一種風格稱為寫回式緩存,讀寫操作都走緩存,由緩存來負責與數據庫同步。這種風格需要緩存系統的支持。

結語

以上對問題背景和方案選擇都做了分析,尤其觸及一些知識盲點,然而這只是理論。
是的!鑒于實際環境的復雜性(即使是本篇文章也無法反映真實情況),最推薦的做法仍然是實測!根據真實的應用場景來設計你的緩存架構!(并不是只能線上實測,可以在測試環境盡量模擬。)

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