应对Memcached缓存失效,导致高并发查询DB的几种思路

最近看到nginx的合并回源,这个和下面的思路有点像。不过nginx的思路还是在控制缓存失效时的并发请求,而不是当缓存快要失效时,及时地更新缓存。

nginx合并回源,参考:http://blog.csdn.net/brainkick/article/details/8570698

update: 2015-04-23

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当Memcached缓存失效时,容易出现高并发的查询DB,导致DB压力骤然上升。

这篇blog主要是探讨如何在缓存将要失效时,及时地更新缓存,而不是如何在缓存失效之后,如何防止高并发的DB查询。

个人认为,当缓存将要失效时,及时地把新的数据刷到memcached里,这个是解决缓存失效瞬间高并发查DB的最好方法。那么如何及时地知道缓存将要失效?

解决这个问题有几种思路:

比如一个key是aaa,失效时间是30s。

1.定期从DB里查询数据,再刷到memcached里

这种方法有个缺点是,有些业务的key可能是变化的,不确定的。

而且不好界定哪些数据是应该查询出来放到缓存中的,难以区分冷热数据。

2.当缓存取到为null时,加锁去查询DB,只允许一个线程去查询DB

这种方式不太靠谱,不多讨论。而且如果是多个web服务器的话,还是有可能有并发的操作。

3.在向memcached写入value时,同时写入当前机器在时间作为过期时间

当get得到数据时,如果当前时间 – 过期时间 > 5s,则后台启动一个任务去查询DB,更新缓存。

当然,这里的后台任务必须保证同一个key,只有一个线程在执行查询DB的任务,不然这个还是高并发查询DB。

缺点是要把过期时间和value合在一起序列化,取出数据后,还要反序列化。很不方便。

网上大部分文章提到的都是前面两种方式,有少数文章提到第3种方式。下面提出一种基于两个key的方法:

4.两个key,一个key用来存放数据,另一个用来标记失效时间

比如key是aaa,设置失效时间为30s,则另一个key为expire_aaa,失效时间为25s。

在取数据时,用multiget,同时取出aaa和expire_aaa,如果expire_aaa的value == null,则后台启动一个任务去查询DB,更新缓存。和上面类似。

对于后台启动一个任务去查询DB,更新缓存,要保证一个key只有一个线程在执行,这个如何实现?

对于同一个进程,简单加锁即可。拿到锁的就去更新DB,没拿到锁的直接返回。

对于集群式的部署的,如何实现只允许一个任务执行?

这里就要用到memcached的add命令了。

add命令是如果不存在key,则设置成功,返回true,如果已存在key,则不存储,返回false。

当get expired_aaa是null时,则add expired_aaa 过期时间由自己灵活处理。比如设置为3秒。

如果成功了,再去查询DB,查到数据后,再set expired_aaa为25秒。set aaa 为30秒。

综上所述,来梳理下流程:

比如一个key是aaa,失效时间是30s。查询DB在1s内。

  • put数据时,设置aaa过期时间30s,设置expire_aaa过期时间25s;
  • get数据时,multiget  aaa 和 expire_aaa,如果expired_aaa对应的value != null,则直接返回aaa对应的数据给用户。如果expire_aaa返回value == null,则后台启动一个任务,尝试add expire_aaa,并设置超时过间为3s。这里设置为3s是为了防止后台任务失败或者阻塞,如果这个任务执行失败,那么3秒后,如果有另外的用户访问,那么可以再次尝试查询DB。如果add执行成功,则查询DB,再更新aaa的缓存,并设置expire_aaa的超时时间为25s。

5. 时间存到Value里,再结合add命令来保证只有一个线程去刷新数据

update:2014-06-29

最近重新思考了下这个问题。发现第4种两个key的办法比较耗memcached的内存,因为key数翻倍了。结合第3种方式,重新设计了下,思路如下:

  • 仍然使用两个key的方案:

key

__load_{key}

其中,__load_{key} 这个key相当于一个锁,只允许add成功的线程去更新数据,而这个key的超时时间是比较短的,不会一直占用memcached的内存

  • 在set 到Memcached的value中,加上一个时间,(time, value),time是memcached上的key未来会过期的时间,并不是当前系统时间。
  • 当get到数据时,检查时间是否快要超时: time – now < 5 * 1000,假定设置了快要超时的时间是5秒。

* 如果是,则后台启动一个新的线程:
*     尝试 add __load_{key},
*     如果成功,则去加载新的数据,并set到memcached中。

*  原来的线程直接返回value给调用者。

按上面的思路,用xmemcached封装了下:

DataLoader,用户要实现的加载数据的回调接口:

public interface DataLoader {
	public <T> T load();
}

RefreshCacheManager,用户只需要关心这这两个接口函数:

public class RefreshCacheManager {
	static public <T> T tryGet(MemcachedClient memcachedClient, final String key, final int expire, final DataLoader dataLoader);
	static public <T> T autoRetryGet(MemcachedClient memcachedClient, final String key, final int expire, final DataLoader dataLoader);
}

其中autoRetryGet函数如果get到是null,内部会自动重试4次,每次间隔500ms。

RefreshCacheManager内部自动处理数据快过期,重新刷新到memcached的逻辑。

详细的封装代码在这里:https://gist.github.com/hengyunabc/cc57478bfcb4cd0553c2

总结:

我个人是倾向于第5种方式的,因为很简单,直观。比第4种方式要节省内存,而且不用mget,在使用memcached集群时不用担心出麻烦事。

这种两个key的方式,还有一个好处,就是数据是自然冷热适应的。如果是冷数据,30秒都没有人访问,那么数据会过期。

如果是热门数据,一直有大流量访问,那么数据就是一直热的,而且数据一直不会过期。



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1 条评论

  1. fantasy 说道:

    方案4 批量查询比较麻烦了,因为要同时查询key 和 expired_key

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