编程技术缓存写法(一)

介绍

本篇主要说下平常项目中缓存使用经验和遇到过的问题。

目录

一: 基本写法

二：缓存雪崩

1：全局锁，实例锁

2：字符串锁

三：缓存穿透

四：再谈缓存雪崩

五：总结

一：基本写法

为了方便演示，我们用Runtime.Cache做缓存容器，并定义个简单操作类。如下：

public class CacheHelper
   {
       public static object Get(string cacheKey)
       {
           return HttpRuntime.Cache[cacheKey];
       }
       public static void Add(string cacheKey, object obj, int cacheMinute)
       {
           HttpRuntime.Cache.Insert(cacheKey, obj, null, DateTime.Now.AddMinutes(cacheMinute),
               Cache.NoSlidingExpiration, CacheItemPriority.Normal, null);
       }
   }

简单读取：

public object GetMemberSigninDays1()
    {
        const int cacheTime = 5;
        const string cacheKey = "mushroomsir";
 
        var cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
        if (cacheValue != null)
            return cacheValue;
 
        cacheValue = "395"; //这里一般是 sql查询数据。 例：395 签到天数
        CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);
        return cacheValue;
    }

在项目中，有不少这样写法。这样写没有错，但在并发量上来后就会有问题。继续看

二：缓存雪崩

缓存雪崩是由于缓存失效(过期)，新缓存未到期间。

这个中间时间内，所有请求都去查询数据库，而对数据库CPU和内存造成巨大压力，前端连接数不够、查询阻塞。

这个中间时间并没有那么短，比如sql查询1秒，加上传输解析0.5秒。 就是说1.5秒内所有用户查询，都是直接查询数据库的。

这种情况下，我们想到最多的就是加锁排队了。

1：全局锁，实例锁

public static object obj1 = new object();
       public object GetMemberSigninDays2()
       {
           const int cacheTime = 5;
           const string cacheKey = "mushroomsir";
 
           var cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
 
           if (cacheValue != null)
               return cacheValue;
 
           //lock (obj1)         //全局锁
           //{
           //    cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
           //    if (cacheValue != null)
           //        return cacheValue;
           //    cacheValue = "395"; //这里一般是 sql查询数据。 例：395 签到天数
           //    CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);
           //}
           lock (this)
           {
               cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
               if (cacheValue != null)
                   return cacheValue;
 
               cacheValue = "395"; //这里一般是 sql查询数据。 例：395 签到天数
               CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);
           }
           return cacheValue;
       }

第一种：lock (obj1) 是全局锁可以满足，但我们要为每个函数都声明一个obj，不然在A、B函数都锁obj1时，必然会让其中一个阻塞。

第二种：lock (this) 这个锁当前实例，对其他实例无效，这个锁就没什么效果了。使用单例模式的可以锁。

但在当前实例中：A函数锁当前实例，其他锁当前实例的函数读写，也被阻塞。 不可取

2：字符串锁

既然锁对象不行，利用字符串的特性，我们直接锁缓存key呢。来看下

public object GetMemberSigninDays3()
       {
           const int cacheTime = 5;
           const string cacheKey = "mushroomsir";
 
           var cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
           if (cacheValue != null)
               return cacheValue;
           const string lockKey = cacheKey + "n(*≧▽≦*)n";
 
           //lock (cacheKey)
           //{
           //    cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
           //    if (cacheValue != null)
           //        return cacheValue;
           //    cacheValue = "395"; //这里一般是 sql查询数据。 例：395 签到天数
           //    CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);
           //}
           lock (lockKey)
           {
               cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
               if (cacheValue != null)
                   return cacheValue;
               cacheValue = "395"; //这里一般是 sql查询数据。 例：395 签到天数
               CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);
           }
           return cacheValue;
       }

第一种：lock (cacheName) 有问题，因为字符串也是共享的，会阻塞其他使用这个字符串的操作行为。 具体请看之前的博文 c#语言-多线程中的锁系统(一)。

2015-01-04 13:36更新：因为字符串被公共语言运行库 (CLR)暂留，这意味着整个程序中任何给定字符串都只有一个实例。所以才会用第二种

第二种：lock (lockKey) 可以满足。其实目就是为了保证锁的粒度最小并且全局唯一性，只锁当前缓存的查询行为。

三：缓存穿透

举个简单例子：一般我们会缓存用户搜索结果。而数据库查询不到，是不会做缓存的。但如果频繁查这个关键字，就会每次都直查数据库了。

这样缓存就没意义了，这也是常提的缓存命中率问题。

public object GetMemberSigninDays4()
      {
          const int cacheTime = 5;
          const string cacheKey = "mushroomsir";
 
          var cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
          if (cacheValue != null)
              return cacheValue;
          const string lockKey = cacheKey + "n(*≧▽≦*)n";
 
          lock (lockKey)
          {
              cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
              if (cacheValue != null)
                  return cacheValue;
 
              cacheValue = null; //数据库查询不到，为空。
              //if (cacheValue2 == null)
              //{
              //    return null;  //一般为空，不做缓存
              //}
              if (cacheValue == null)
              {
                  cacheValue = string.Empty; //如果发现为空，我设置个默认值，也缓存起来。
              }
              CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime);
          }
          return cacheValue;
      }

例子中我们把查询不到的结果，也给缓存起来了。这样就可以避免，查询为空时，引起缓存穿透了。

当然我们也可以单独设置个缓存区，进行第一层控制校验。 以便和正常缓存区分开了。

四：再谈缓存雪崩

额 不是用加锁排队方式就解决了吗？其实加锁排队只是为了减轻DB压力，并没有提高系统吞吐量。

在高并发下： 缓存重建期间，你是锁着的，1000个请求999个都在阻塞的。 用户体验不好，还浪费资源：阻塞的线程本可以处理后续请求的。

public object GetMemberSigninDays5()
        {
            const int cacheTime = 5;
            const string cacheKey = "mushroomsir";
 
            //缓存标记。
            const string cacheSign = cacheKey + "_Sign";
            var sign = CacheHelper.Get(cacheSign);
 
            //获取缓存值
            var cacheValue = CacheHelper.Get(cacheKey);
            if (sign != null)
                return cacheValue; //未过期，直接返回。
 
            lock (cacheSign)
            {
                sign = CacheHelper.Get(cacheSign);
                if (sign != null)
                    return cacheValue;
 
                CacheHelper.Add(cacheSign, "1", cacheTime);
                ThreadPool.QueueUserWorkItem((arg) =>
                {
                    cacheValue = "395"; //这里一般是 sql查询数据。 例：395 签到天数
                    CacheHelper.Add(cacheKey, cacheValue, cacheTime*2); //日期设缓存时间的2倍，用于脏读。
                });
            }
            return cacheValue;
        }

代码中，我们多用个缓存标记key，双检锁校验。它设置为正常时间，过期后通知另外的线程去更新缓存数据。

而实际的缓存由于设置了2倍的时间，仍然可以能用脏数据给前端展现。

这样就能提高不少系统吞吐量了。

五：总结

补充下： 这里说的阻塞其他函数指的是，高并发下锁同一对象。

实际使用中，缓存层封装往往要复杂的多。 关于更新缓存，可以单开一个线程去专门跑这些，图方便就扔线程池吧。

具体使用场景，可根据实际用户量来平衡。