如何用redis/memcache做Mysql缓存层?
https://www.zhihu.com/question/27738066
目前公司的一个项目，数据库用的是Mysql，正在考虑用redis/memcached做数据库的缓存层，目前的想法就是在读DB前，先读缓存层，如果有直接返回，如果没有再读DB，然后写入缓存层并返回。
不过，要是直接在应用层加入缓存的代码，感觉修改量大，修改维护也麻烦，因此想把应用层和缓存层的代码分开。不知道这种想法正确否？想看看别人的代码是如何实现的，有没有相关的开源项目可以学习啊
1.首先明确是不是一定要上缓存，当前架构的瓶颈在哪里，若瓶颈真是数据库操作上，再继续往下看。
2.明确memcached和redis的区别，到底要使用哪个。前者终究是个缓存，不可能永久保存数据（LRU机制），支持分布式，后者除了缓存的同时也支持把数据持久化到磁盘等，redis要自己去实现分布式缓存（貌似最新版本的已集成），自己去实现一致性hash。因为不知道你们的应用场景，不好说一定要用memcache还是redis，说不定用mongodb会更好，比如在存储日志方面。
3.缓存量大但又不常变化的数据，比如评论。
4.你的思路是对的，清晰明了，读DB前，先读缓存，如果有直接返回，如果没有再读DB，然后写入缓存层并返回。
5.考虑是否需要主从，读写分离，考虑是否分布式部署，考虑是否后续水平伸缩。
6.想要一劳永逸，后续维护和扩展方便，那就将现有的代码架构优化，按你说的替换数据库组件需要改动大量代码，说明当前架构存在问题。可以利用现有的一些框架，比如SpringMVC，将你的应用层和业务层和数据库层解耦。再上缓存之前把这些做好。
7.把读取缓存等操作做成服务组件，对业务层提供服务，业务层对应用层提供服务。
8.保留原始数据库组件，优化成服务组件，方便后续业务层灵活调用缓存或者是数据库。
9.不建议一次性全量上缓存，最开始不动核心业务，可以将边缘业务先换成缓存组件，一步步换至核心业务。
10.
刷新内存，以memcached为例，新增，修改和删除操作，一般采用lazy load的策略，即新增时只写入数据库，并不会马上更新Memcached，而是等到再次读取时才会加载到Memcached中，修改和删除操作也是更新 数据库，然后将Memcached中的数据标记为失效，等待下次读取时再加载。
大方向两种方案：
1.脚本同步（主动触发更新）：
自己写脚本将数据库数据写入到redis/memcached。
这就涉及到实时数据变更的问题（mysql row binlog的实时分析），binlog增量订阅Alibaba 的canal ，以及缓存层数据 丢失/失效 后的数据同步恢复问题。
https://github.com/liukelin/canal_mysql_nosql_sync
先读取nosql缓存层，没有数据再读取mysql层，并写入数据到nosql。
nosql层做好多节点分布式（一致性hash），以及节点失效后替代方案（多层hash寻找相邻替代节点），和数据震荡恢复了。
前提：较少变更的数据才适合做缓存
缓存读取流程：
1、先到缓存中查数据
2、缓存中不存在则到实际数据源中取，取出来后放入缓存
3、下次再来取同样信息时则可直接从缓存中获取
缓存更新流程：
1、更新数据库
2、使缓存过期或失效，这样会促使下次查询数据时在缓存中查不到而重新从数据库去一次。
通用缓存机制：
1、用查询的方法名+参数作为查询时的key value对中的key值
2、向memcache或redis之类的nosql数据库（或者内存hashmap）插入数据
3、取数据时也用方法名+参数作为key向缓存数据源获取信息
看到好些人在写更新缓存数据代码时，先删除缓存，然后再更新数据库，而后续的操作会把数据再装载的缓存中。然而，这个是逻辑是错误的。试想，两个并发操作，一个是更新操作，另一个是查询操作，更新操作删除缓存后，查询操作没有命中缓存，先把老数据读出来后放到缓存中，然后更新操作更新了数据库。于是，在缓存中的数据还是老的数据，导致缓存中的数据是脏的，而且还一直这样脏下去了。
我不知道为什么这么多人用的都是这个逻辑，当我在微博上发了这个贴以后，我发现好些人给了好多非常复杂和诡异的方案，所以，我想写这篇文章说一下几个缓存更新的Design Pattern（让我们多一些套路吧）。
这里，我们先不讨论更新缓存和更新数据这两个事是一个事务的事，或是会有失败的可能，我们先假设更新数据库和更新缓存都可以成功的情况（我们先把成功的代码逻辑先写对）。
更新缓存的的Design Pattern有四种：Cache aside, Read through, Write through, Write behind caching，我们下面一一来看一下这四种Pattern。
Cache Aside Pattern
这是最常用最常用的pattern了。其具体逻辑如下：
- 失效：应用程序先从cache取数据，没有得到，则从数据库中取数据，成功后，放到缓存中。
- 命中：应用程序从cache中取数据，取到后返回。
- 更新：先把数据存到数据库中，成功后，再让缓存失效。
注意，我们的更新是先更新数据库，成功后，让缓存失效。那么，这种方式是否可以没有文章前面提到过的那个问题呢？我们可以脑补一下。
一个是查询操作，一个是更新操作的并发，首先，没有了删除cache数据的操作了，而是先更新了数据库中的数据，此时，缓存依然有效，所以，并发的查询操作拿的是没有更新的数据，但是，更新操作马上让缓存的失效了，后续的查询操作再把数据从数据库中拉出来。而不会像文章开头的那个逻辑产生的问题，后续的查询操作一直都在取老的数据。
这是标准的design pattern，包括Facebook的论文《Scaling Memcache at Facebook》也使用了这个策略。为什么不是写完数据库后更新缓存？你可以看一下Quora上的这个问答《Why does Facebook use delete to remove the key-value pair in Memcached instead of updating the Memcached during write request to the backend?》，主要是怕两个并发的写操作导致脏数据。
那么，是不是Cache Aside这个就不会有并发问题了？不是的，比如，一个是读操作，但是没有命中缓存，然后就到数据库中取数据，此时来了一个写操作，写完数据库后，让缓存失效，然后，之前的那个读操作再把老的数据放进去，所以，会造成脏数据。
但，这个case理论上会出现，不过，实际上出现的概率可能非常低，因为这个条件需要发生在读缓存时缓存失效，而且并发着有一个写操作。而实际上数据库的写操作会比读操作慢得多，而且还要锁表，而读操作必需在写操作前进入数据库操作，而又要晚于写操作更新缓存，所有的这些条件都具备的概率基本并不大。
所以，这也就是Quora上的那个答案里说的，要么通过2PC或是Paxos协议保证一致性，要么就是拼命的降低并发时脏数据的概率，而Facebook使用了这个降低概率的玩法，因为2PC太慢，而Paxos太复杂。当然，最好还是为缓存设置上过期时间。
Read/Write Through Pattern
我们可以看到，在上面的Cache Aside套路中，我们的应用代码需要维护两个数据存储，一个是缓存（Cache），一个是数据库（Repository）。所以，应用程序比较啰嗦。而Read/Write Through套路是把更新数据库（Repository）的操作由缓存自己代理了，所以，对于应用层来说，就简单很多了。可以理解为，应用认为后端就是一个单一的存储，而存储自己维护自己的Cache。
Read Through
Read Through 套路就是在查询操作中更新缓存，也就是说，当缓存失效的时候（过期或LRU换出），Cache Aside是由调用方负责把数据加载入缓存，而Read Through则用缓存服务自己来加载，从而对应用方是透明的。
Write Through
Write Through 套路和Read Through相仿，不过是在更新数据时发生。当有数据更新的时候，如果没有命中缓存，直接更新数据库，然后返回。如果命中了缓存，则更新缓存，然后再由Cache自己更新数据库（这是一个同步操作）
下图自来Wikipedia的Cache词条。其中的Memory你可以理解为就是我们例子里的数据库。
Write Behind Caching Pattern
Write Behind 又叫 Write Back。一些了解Linux操作系统内核的同学对write back应该非常熟悉，这不就是Linux文件系统的Page Cache的算法吗？是的，你看基础这玩意全都是相通的。所以，基础很重要，我已经不是一次说过基础很重要这事了。
Write Back套路，一句说就是，在更新数据的时候，只更新缓存，不更新数据库，而我们的缓存会异步地批量更新数据库。这个设计的好处就是让数据的I/O操作飞快无比（因为直接操作内存嘛 ），因为异步，write backg还可以合并对同一个数据的多次操作，所以性能的提高是相当可观的。
但是，其带来的问题是，数据不是强一致性的，而且可能会丢失（我们知道Unix/Linux非正常关机会导致数据丢失，就是因为这个事）。在软件设计上，我们基本上不可能做出一个没有缺陷的设计，就像算法设计中的时间换空间，空间换时间一个道理，有时候，强一致性和高性能，高可用和高性性是有冲突的。软件设计从来都是取舍Trade-Off。
另外，Write Back实现逻辑比较复杂，因为他需要track有哪数据是被更新了的，需要刷到持久层上。操作系统的write back会在仅当这个cache需要失效的时候，才会被真正持久起来，比如，内存不够了，或是进程退出了等情况，这又叫lazy write。
在wikipedia上有一张write back的流程图，基本逻辑如下：
再多唠叨一些
1）上面讲的这些Design Pattern，其实并不是软件架构里的mysql数据库和memcache/redis的更新策略，这些东西都是计算机体系结构里的设计，比如CPU的缓存，硬盘文件系统中的缓存，硬盘上的缓存，数据库中的缓存。基本上来说，这些缓存更新的设计模式都是非常老古董的，而且历经长时间考验的策略，所以这也就是，工程学上所谓的Best Practice，遵从就好了。
2）有时候，我们觉得能做宏观的系统架构的人一定是很有经验的，其实，宏观系统架构中的很多设计都来源于这些微观的东西。比如，云计算中的很多虚拟化技术的原理，和传统的虚拟内存不是很像么？Unix下的那些I/O模型，也放大到了架构里的同步异步的模型，还有Unix发明的管道不就是数据流式计算架构吗？TCP的好些设计也用在不同系统间的通讯中，仔细看看这些微观层面，你会发现有很多设计都非常精妙……所以，请允许我在这里放句观点鲜明的话——如果你要做好架构，首先你得把计算机体系结构以及很多老古董的基础技术吃透了。
3）在软件开发或设计中，我非常建议在之前先去参考一下已有的设计和思路，看看相应的guideline，best practice或design pattern，吃透了已有的这些东西，再决定是否要重新发明轮子。千万不要似是而非地，想当然的做软件设计。
4）上面，我们没有考虑缓存（Cache）和持久层（Repository）的整体事务的问题。比如，更新Cache成功，更新数据库失败了怎么吗？或是反过来。关于这个事，如果你需要强一致性，你需要使用“两阶段提交协议”——prepare, commit/rollback，比如Java 7 的XAResource，还有MySQL 5.7的 XA Transaction，有些cache也支持XA，比如EhCache。当然，XA这样的强一致性的玩法会导致性能下降，关于分布式的事务的相关话题，你可以看看《分布式系统的事务处理》一文。
（全文完）
