Memcache mutex设计模式

Memcache mutex设计模式

周六的S2 Web 2.0技术沙龙上介绍了memcache中使用mutex场景(文后要演讲稿),有网友对详情感兴趣,简单介绍如下。

场景

Mutex主要用于有大量并发访问并存在cache过期的场合,如

  • 首页top 10, 由数据库加载到memcache缓存n分钟
  • 微博中名人的content cache, 一旦不存在会大量请求不能命中并加载数据库
  • 需要执行多个IO操作生成的数据存在cache中, 比如查询db多次

问题

在大并发的场合,当cache失效时,大量并发同时取不到cache,会同一瞬间去访问db并回设cache,可能会给系统带来潜在的超负荷风险。我们曾经在线上系统出现过类似故障

解决方法

方法一

在load db之前先add一个mutex key, mutex key add成功之后再去做加载db, 如果add失败则sleep之后重试读取原cache数据。为了防止死锁,mutex key也需要设置过期时间。伪代码如下

(注:下文伪代码仅供了解思路,可能存在bug,欢迎随时指出。)

if (memcache.get(key) == null) {
 // 3 min timeout to avoid mutex holder crash
 if (memcache.add(key_mutex, 3 * 60 * 1000) == true) {
 value = db.get(key);
 memcache.set(key, value);
 memcache.delete(key_mutex);
 } else {
 sleep(50);
 retry();
 }
}

方法二

在value内部设置1个超时值(timeout1), timeout1比实际的memcache timeout(timeout2)小。当从cache读取到timeout1发现它已经过期时候,马上延长timeout1并重新设置到cache。然后再从数据库加载数据并设置到cache中。伪代码如下

v = memcache.get(key);
if (v == null) {
 if (memcache.add(key_mutex, 3 * 60 * 1000) == true) {
 value = db.get(key);
 memcache.set(key, value);
 memcache.delete(key_mutex);
 } else {
 sleep(50);
 retry();
 }
} else {
 if (v.timeout <= now()) {
 if (memcache.add(key_mutex, 3 * 60 * 1000) == true) {
 // extend the timeout for other threads
 v.timeout += 3 * 60 * 1000;
 memcache.set(key, v, KEY_TIMEOUT * 2);
 // load the latest value from db
 v = db.get(key);
 v.timeout = KEY_TIMEOUT;
 memcache.set(key, value, KEY_TIMEOUT * 2);
 memcache.delete(key_mutex);
 } else {
 sleep(50);
 retry();
 }
 }
}

相对于方案一

优点:避免cache失效时刻大量请求获取不到mutex并进行sleep

缺点:代码复杂性增大,因此一般场合用方案一也已经足够。

方案二在Memcached FAQ中也有详细介绍 How to prevent clobbering updates, stampeding requests,并且Brad还介绍了用他另外一个得意的工具 Gearman 来实现单实例设置cache的方法,见 Cache miss stampedes,不过用Gearman来解决就感觉就有点奇技淫巧了。

附:本次Web2.0技术沙龙演讲主题:微博Cache设计谈,需下载请点击演讲稿下menu/download (需登录slideshare)。

微博cache设计谈 http://www.slideshare.net/iso1600/cache-4842490

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