DDBS 缓存架构

本文主要讨论这么几个问题:
(1)“缓存与数据库”需求缘起
(2)“淘汰缓存”还是“更新缓存”
(3)缓存和数据库的操作时序
(4)缓存和数据库架构简析

本节是为下一部分 主从系统下的cache的铺垫。

需求缘起

缓存是一种提高系统读性能的常见技术,对于读多写少的应用场景,我们经常使用缓存来进行优化。由于大部分的请求是查询,我们在缓存中建立uid到money的键值对,能够极大降低数据库的压力。

读操作流程

有了数据库和缓存两个地方存放数据之后(uid->money),每当需要读取相关数据时(money),操作流程一般分为两种情况:

  • 数据Hit:如果缓存中有相关数据money,则直接返回数据。
  • 数据Miss:如果缓存中没有相关数据money,则从数据库读取相关数据money,然后放入缓存中uid->money,再返回数据。

更新缓存 vs 淘汰缓存

当数据发生写操作的时候,是应该更新缓存呢?还是应该淘汰缓存?
更新缓存的优点:缓存不会增加一次miss,命中率高。
淘汰缓存的优点:简单。

那到底是选择更新缓存还是淘汰缓存呢,主要取决于“更新缓存的复杂度”。


例如,上述场景,只是简单的把余额money设置成一个值,那么:
(1)淘汰缓存的操作为deleteCache(uid)
(2)更新缓存的操作为setCache(uid, money)
更新缓存的代价很小,此时我们应该更倾向于更新缓存,以保证更高的缓存命中率


如果余额是通过很复杂的数据计算得出来的,例如业务上除了账户表account,还有商品表product,折扣表discount
account(uid, money)
product(pid, type, price, pinfo)
discount(type, zhekou)

业务场景是用户买了一个商品product,这个商品的价格是price,这个商品从属于type类商品,type类商品在做促销活动要打折扣zhekou,购买了商品过后,这个余额的计算就复杂了,需要:
(1)先把商品的品类,价格取出来:SELECT type, price FROM product WHERE pid=XXX
(2)再把这个品类的折扣取出来:SELECT zhekou FROM discount WHERE type=XXX
(3)再把原有余额从缓存中查询出来money = getCache(uid)
(4)再把新的余额写入到缓存中去setCache(uid, money-price*zhekou)

更新缓存的代价很大,此时我们应该更倾向于淘汰缓存。

淘汰缓存是一种通用的缓存处理方式:操作简单,并且带来的副作用只是增加了一次cache miss

先操作数据库 vs 先操作缓存

当写操作发生时,假设淘汰缓存作为对缓存通用的处理方式,又面临两种抉择:
(1)先写数据库,再淘汰缓存
(2)先淘汰缓存,再写数据库
究竟采用哪种时序呢?由于写数据库与淘汰缓存不能保证原子性,所以一般遵循以下原则:

如果出现不一致,谁先做对业务的影响较小,就谁先执行。



以下的两个假设都是在单一业务(请求)的情况下,出现的错误。


假设先写数据库,再淘汰缓存:


第一步写数据库操作成功,第二步淘汰缓存失败,则会出现DB中是新数据,Cache中是旧数据,数据不一致


假设先淘汰缓存,再写数据库:


第一步淘汰缓存成功,第二步写数据库失败,则只会引发一次Cache miss

缓存架构优化


上述缓存架构有一个缺点:业务方需要同时关注缓存与DB,有没有进一步的优化空间呢?
主流优化方案是服务化:加入一个服务层,向上游提供帅气的数据访问接口,向上游屏蔽底层数据存储的细节,这样业务线不需要关注数据是来自于cache还是DB。


服务化是向业务方屏蔽底层数据库与缓存复杂性的一种通用方式。

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