系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)：進(jìn)程緩存和緩存服務(wù)，如何抉擇？

時(shí)間：2021-08-19 16:37:01

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[導(dǎo)讀]作者：翁智華來源：https://www.cnblogs.com/wzh2010/p/13874206.html概述我們所說的緩存分為進(jìn)程內(nèi)部緩存（系統(tǒng)內(nèi)部緩存）和緩存服務(wù)（如redis/memcache）。計(jì)算機(jī)服務(wù)從原來的單體結(jié)構(gòu)，到多實(shí)例，到現(xiàn)在流行的微服務(wù)，緩存服務(wù)變得原...

作者：翁智華

來源：https://www.cnblogs.com/wzh2010/p/13874206.html

概述

我們所說的緩存分為進(jìn)程內(nèi)部緩存（系統(tǒng)內(nèi)部緩存）和緩存服務(wù)（如redis/memcache）。計(jì)算機(jī)服務(wù)從原來的單體結(jié)構(gòu)，到多實(shí)例，到現(xiàn)在流行的微服務(wù)，緩存服務(wù)變得原來越流行了。??

進(jìn)程緩存

先說說進(jìn)程緩存，它將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在站點(diǎn)、服務(wù)的進(jìn)程內(nèi)。在Web的發(fā)展歷史上，這樣的方式備受歡迎。比如早期常用的.Net的? System.Web.Caching.這種實(shí)現(xiàn)載體很簡單，比如一個(gè)帶鎖的HasTable，或者一個(gè)List對(duì)象。使用簡單便捷，能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、html頁面片段、文件，甚至任何對(duì)象。在單體結(jié)構(gòu)的Web模式下，進(jìn)程內(nèi)緩存被開發(fā)到極致，大概流程如下圖：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)：進(jìn)程緩存和緩存服務(wù)，如何抉擇？

與原先沒有緩存相比，進(jìn)程內(nèi)緩存的好處是，數(shù)據(jù)讀取不再直接訪問數(shù)據(jù)庫，先判斷緩存中是否存在，如果存在，則直接讀取，不存在則再去數(shù)據(jù)庫中取，同時(shí)寫入緩存。這樣避免了每次的請(qǐng)求都走數(shù)據(jù)庫，減少網(wǎng)絡(luò)開銷和數(shù)據(jù)請(qǐng)求次數(shù)，提高了數(shù)據(jù)獲取效率，基本等同在內(nèi)存中執(zhí)行。緩存的目的是為了冷熱數(shù)據(jù)的隔離，對(duì)于頻繁被修改的數(shù)據(jù)，緩存的意義不是很大，比如微信用戶的實(shí)時(shí)步數(shù)。比較有價(jià)值的是那些不被頻繁修改且數(shù)據(jù)量較大的內(nèi)容，比如系統(tǒng)字典、配置數(shù)據(jù)。判斷是否需要?jiǎng)?chuàng)建緩存需要一定的依據(jù)，以下是我的團(tuán)隊(duì)的策略，不一定適用，可以參考：緩存的必要性：數(shù)據(jù)的變更是否過于頻繁，過于頻繁則可能導(dǎo)致緩存不斷重建，反而降低效率。評(píng)估方式：緩存的過期時(shí)間內(nèi)沒被主動(dòng)更新的量值應(yīng)該超過60%。假設(shè)緩存時(shí)間：3600s假設(shè)同一種類型緩存數(shù)據(jù)基數(shù)：6000個(gè)?6000 * 60% = 3600 的數(shù)據(jù)在一個(gè)小時(shí)內(nèi)事務(wù)未更新，這樣的緩存價(jià)值更大。?

進(jìn)程緩存的問題

在互聯(lián)網(wǎng)大潮下，隨著用戶量的激增，原來單體結(jié)構(gòu)逐漸的向Web服務(wù)集群發(fā)展，在多實(shí)例目標(biāo)下，進(jìn)程緩存的弊端越來越明顯。

比如緩存無法統(tǒng)一的問題。

如果站點(diǎn)和服務(wù)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問統(tǒng)一的緩存服務(wù)（比如redis 或者 memerche），數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的一致性就比較容易保障。

但如果是進(jìn)程緩存，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在站點(diǎn)和服務(wù)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)緩存，存儲(chǔ)多份，一致性就比較難保障。?

?如上圖，但是有個(gè)問題，Cache1、Cache1、Cache3一致性難以保障，如果想保持緩存的一致性時(shí)，該怎么辦呢？

一般有以下幾種方法：

1、單一服務(wù)節(jié)點(diǎn)通知其他服務(wù)節(jié)點(diǎn)，如果我們只是Web Service1 在執(zhí)行業(yè)務(wù)操作的時(shí)候修改數(shù)據(jù)庫，更新緩存，同時(shí)通知其他Web Service

服務(wù)，其他Web Service 接收到信息的時(shí)候，進(jìn)行緩存更新。?

?2、啟動(dòng)MQ通知其他節(jié)點(diǎn)：如下圖，可以通過MQ通知其他節(jié)點(diǎn)。寫請(qǐng)求發(fā)生在server1，在修改完自己緩存數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)之后，給MQ生產(chǎn)數(shù)據(jù)變化通知，

server2和server1訂閱MQ消息，當(dāng)消費(fèi)到MQ信息的時(shí)候，也修改緩存數(shù)據(jù)。

?3、有一種簡單的方式，也可以解耦與Web Server的關(guān)系，就是直接放棄了“實(shí)時(shí)一致性”，啟動(dòng)一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程服務(wù)，定時(shí)從后端拉取最新的數(shù)據(jù)，更新內(nèi)存緩存。

?上述的幾種方法為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，增加了一定的開銷，一方面緩存數(shù)據(jù)同步過程中會(huì)有出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面實(shí)際上違背了緩存的原則：冷熱數(shù)據(jù)隔絕，有效的利用冷數(shù)據(jù)，減輕數(shù)據(jù)庫壓力，提升效率。如果緩存被頻繁修改或者同步，那緩存的價(jià)值就不大了。??補(bǔ)充：1、2 兩種方式，實(shí)例越多，緩存冗余越多，各緩存節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)同步的原子性越難保證，一致性也就越難保證。第3種方式：采用定時(shí)拉取本身已經(jīng)放棄了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)一致性。?所以我們?cè)谝韵逻@幾種情況下拋棄進(jìn)程緩存，選用緩存服務(wù)：??1、Web集群下，包含多個(gè)實(shí)例，并且不允許業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的不一致性（我相信大部分業(yè)務(wù)不允許）2、進(jìn)程內(nèi)緩存數(shù)據(jù)量較大，緩存內(nèi)存空間不足，影響Web性能，可以考慮走緩存服務(wù)（緩存服務(wù)如redis，一般獨(dú)立服務(wù)甚至集群配置，支持超大量級(jí)）。3、評(píng)估value大小、緩存內(nèi)存空間、峰值QPS、過期時(shí)間、緩存命中率、讀寫更新策略、key值分布路由策略、過期策略以及數(shù)據(jù)一致性方案，根據(jù)實(shí)際需要判斷是否走緩存服務(wù)。?

緩存服務(wù)

在互聯(lián)網(wǎng)分層架構(gòu)中，最常用的kv結(jié)構(gòu)的緩存是redis。他有如下特點(diǎn)：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)：進(jìn)程緩存和緩存服務(wù)，如何抉擇？

?1、它支持復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)value是字符串、哈希，列表，集合，有序集合這類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。支持各種場景，如客戶訂單信息列表，用戶消息，帖子評(píng)論等。?

2、支持持久化

首先，redis的所有數(shù)據(jù)都是保存在內(nèi)存中，然后不定期的通過異步方式保存到磁盤上(這稱為“半持久化模式”)；也可以把每一次數(shù)據(jù)變化都寫入到一個(gè)append only file(aof)里面(這稱為“全持久化模式”，效率會(huì)低一點(diǎn))。?但是我們盡量不要把redis當(dāng)作數(shù)據(jù)庫用，如果真的需要持久化數(shù)據(jù)，建議可以走M(jìn)ySQL：2.1、redis的定期快照不能保證數(shù)據(jù)不丟失2.2、redis的AOF會(huì)降低效率，并且不能支持太大的數(shù)據(jù)量??

3、具備高可用特性

redis天然支持集群功能，可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)復(fù)制，讀寫分離。?官方也提供了sentinel集群管理工具，能夠?qū)崿F(xiàn)主從服務(wù)監(jiān)控，故障自動(dòng)轉(zhuǎn)移。?

4、存儲(chǔ)的內(nèi)容比較大

String類型：一個(gè)String類型的value最大可以存儲(chǔ)512M，List、Set、Hash類型：list的元素個(gè)數(shù)最多為2^32-1個(gè)，也就是4294967295個(gè)。?

5、?支持事務(wù)

操作都是原子性，對(duì)數(shù)據(jù)的更改要么全部執(zhí)行，要么全部不執(zhí)行。避免業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的不一致性。?

緩存使用注意

1、Web服務(wù) 單體模式轉(zhuǎn)為多實(shí)例之后，我們將進(jìn)程緩存升級(jí)為緩存服務(wù)（redis），清清理了所有的緩存使用，都改成了對(duì)接redis。但是有一些地方漏掉，因?yàn)槲覀冇?個(gè)實(shí)例，所以漏掉的那幾個(gè)地方，一旦修改某個(gè)數(shù)據(jù)之后，一會(huì)兒是新值，一會(huì)兒舊值，很神奇。2、謹(jǐn)防緩存擊穿、雪崩的產(chǎn)生，這個(gè)我們有慘痛的教訓(xùn)，后續(xù)來一篇專門分析下。