那些年我们一起追过的缓存写法(四)

阅读目录： 

1. 介绍
2. 进程缓存
3. 通信方式
4. 速度对比
5. 总结

介绍

之前有童鞋问到关于首次为空的问题，这里简单补充下：

• 一般来说并发量小、缓存数据量小的网站让用户自行触发页面让其缓存即可。
• 大点网站都会多台部署，用负载均衡路由。常见的策略是在每台机器发布应用时，节点从负载均衡节点集合中移除，发布结束后，首次访问通过人工或自动请求下页面让其缓存，也包括预编译。
• 还有一种是并发量大，缓存数据量大的情况，这也是本文的主题，下面会详细介绍。

如果缓存数据量大的情况下，预热就麻烦些。比如LZ公司单在内存中的缓存大小都过G，每次预热都需要数分钟，假设放在应用进程内，对运维工作非常不方便的。如果有意外导致进程池回收，对用户来说就是灾难性的。所以需要把应用进程的数据缓存给单独抽离出来存放，与应用解耦。

关于高并发的解决方案包括缓存更新策略可参见前几篇博客的介绍。

进程缓存

在网站架构演化中，这个阶段就需要引入分布式缓存了，比如memcached、redis。好处就不多讲了，坏处就是速度慢。这里速度慢是与本机内存缓存相比，跨机器通信跟直接读内存差的不是一数量级，对于并发量高、操作频繁的数据就不适用了。

所以把应用进程缓存的数据抽离出来，放在单独进程中，给应用提供一层缓存。缓存的业务逻辑、并发处理在独立进程中做，使用进程通信进行交互。这样不但解决了数据量大预热的麻烦，还能解耦部分应用的业务。

另外单独的进程也可以供外部使用，比如以WCF服务的方式提供给其他子系统使用。

缺点是跨进程读取的速度比进程内读取要稍慢。

通信方式

独立进程与应用进程的几种常见通信方式：

Namedpipe

Namedpipe一种相对高效的进程通信方式，支持局域网内通信。

Service端：

        var txt = File.ReadAllText("b.txt");
        ServerPipeConnection PipeConnection = new ServerPipeConnection("MyPipe", 512, 512, 5000, false);
        Console.WriteLine("listening..");
        while (true)
        {
            try
            {
                PipeConnection.Disconnect();
                PipeConnection.Connect();
                string request = PipeConnection.Read();
                if (!string.IsNullOrEmpty(request))
                {
                    PipeConnection.Write(txt);
                    if (request.ToLower() == "break") break;
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
                break;
            }
        }
        PipeConnection.Dispose();
        Console.Write("press any key to exit..");
        Console.Read();  

client端：

IInterProcessConnection clientConnection = new ClientPipeConnection("MyPipe", ".");
 clientConnection.Connect();
 var val = clientConnection.Read(); 
clientConnection.Close();

Wcf Namedpipe

Wcf在原生namedpipe包装了一下，使用起来更为简单方便。
Service端：

ServiceHost host = new ServiceHost( typeof (CacheService)); 
var NamePipe = new NetNamedPipeBinding(); 
host.AddServiceEndpoint(typeof(ICacheService), NamePipe, "net.pipe://localhost/CacheService"); 
host.Open(); 
Console.WriteLine("服务可用");
Console.ReadLine();
 host.Close(); 

Client端：

ChannelFactory pipeFactory = new ChannelFactory(new NetNamedPipeBinding(), new EndpointAddress("net.pipe://localhost/CacheService"));
ICacheService pipeProxy = pipeFactory.CreateChannel();
var obj=pipeProxy.GetVal();

SharedMemory

共享内存是进程间通信最快的一种方式，数据无需在进程间复制传输，直接开辟一块公共内存，供其他进程进行读写。  

service端：

 var mmf = MemoryMappedFile.CreateFromFile(@"a.txt", FileMode.Open, "cachea"); 
Console.ReadLine(); 
mmf.Dispose();

Client端： 

var mmf = MemoryMappedFile.OpenExisting("cachea"); 
var accessor = mmf.CreateViewAccessor(0, 2000000);
accessor.ReadChar(1000);
accessor.Dispose(); 
mmf.Dispose();

WCF TCP方式

使用WcfTcp的方式，可以供外部网络使用。

Service端：

 var ServiceHost host = new ServiceHost( typeof (CacheService)); 
 host.AddServiceEndpoint(typeof (ICacheService), new NetTcpBinding(), "net.tcp://192.168.0.115:8057/CacheService/");
host.Open();
Console.WriteLine("服务可用");
Console.ReadLine();
host.Close();

 Client端：

 ChannelFactory NetcpFactory = new ChannelFactory(netTcpBindingBinding,new EndpointAddress("net.tcp://192.168.0.115:8057/CacheService/"));
 ICacheService tcpProxy= NetcpFactory.CreateChannel();
 var obj=tcpProxy.GetVal();

速度对比

上图是在windows7 i5-3230CPU上跑的，13M和1M文本数据各100次传输测试的均值。
其中原生namedpipe相较已经非常快了，在可以接受的范围，共享内存的方式速度会更快些。

测试结果表明Wcf的namedpipe要慢于wcf-tcp的方式，这个让人有些意外。

WcfTcp绑的是保留地址:

 new ChannelFactory(netTcpBindingBinding, new EndpointAddress("net.tcp://192.168.0.115:8057/CacheService/"));

WcfTcp localhost绑的是127.0.0.1:

new ChannelFactory(netTcpBindingBinding, new EndpointAddress("net.tcp://localhost:8057/CacheService/"));

总结

在大型网站开发中，缓存是个永远避免不了的话题，也不存在一种方案能解决所有的问题。

而缓存开发过程经常碰到的问题：过期策略(惰性)、缓存更新(独立)、多级缓存、分布 式缓存(分片)、高可用(单点)、高并发(雪崩)、命中率(穿透)、缓存淘汰(LRU)等。

其多级缓存方案的层级关系大都是由浏览器->cdn->反向代理缓存->线程级->内存级->进程级->文件(静态资源)->分布式(redis)->Db结果。

多数内容在LZ前面博文中有过介绍，有兴趣的童鞋可以看看。

参考资源

[1]  http://www.codeproject.com/Articles/7176/Inter-Process-Communication-in-NET-Using-Named-Pip