谈到缓存，我们自然而然就会想到缓存的好处，比如：
- 降低高并发数据读取的系统压力：静态数据访问、动态数据访问
- 存储预处理数据，提升系统响应速度和TPS
- 降低高并发数据写入的系统压力
- 提升系统可用性，后台宕机后，系统还存在可用的机会
缓存技术一直是优化程序性能的一个重要手段，在互联网技术体系中，也不例外。但是在分布式架构下，大家开始更多的使用分布式缓存，比如Redis、MemcacheD等等，对进程内的内存缓存使用的越来越少。其主要原因无外乎几点：
一是，数据不能做到强一致性，程序内存数据缓存同步的周期相对分布缓存更慢一些。
二是，需要对缓存的各种同步策略进行封装，并控制同步时机。进程内缓存的使用比分布式缓存的使用具有更高的技术门槛。没有分布缓存使用简单。
虽然分布式缓存具有非常多很好的特性，但是当完全抛弃了程序内存缓存后，分布式缓存将会被滥用，应用程序甚至过度的依赖分布式缓存。笔者认为，任何一种技术的滥用，都将可能导致系统架构在健壮性上存在缺陷。分布式缓存虽然很好用，性能也不错，但是与进程内存缓存比起来，性能还是差了好多个数量级。要想把系统的性能做到极致，仅仅依赖Redis等分布式缓存还不不够的，还需要充分利用进程内存缓存。
缓存技术，从出现到现在，总结来说，已有四个阶段的发展：本地缓存、分布式缓存、弹性缓存平台，弹性应用平台。本地缓存的特点是数据存储在应用代码所在内存空间，可提供快速的数据访问，纳秒级性能。缺点也很明显，数据无法分布式共享，无容错处理。分布式缓存的特点是数据在固定数目的集群节点间分布存储，缓存容量可扩展(静态扩展)，但是扩展过程中需大量配置，无容错机制。弹性缓存平台的特性是数据在集群节点间分布存储，基于冗余机制实现高可用性。其优点是可动态扩展，具有容错能力，但是复制备份会对系统性能造成一定影响。弹性应用平台的特点是弹性缓存与代码执行的组合体，将业务逻辑代码转移到数据所在节点执行，极大地降低数据传输开销，提升系统性能。纵观整个缓存技术的发展，经历了从分散到集中，又到集中并分散的一个过程。弹性应用平台作为最终的缓存解决方案，已经不仅仅停留在缓存技术本身，而是更多的考虑了如何更好的与业务代码无缝集成，并提供进程内存级别的性能。
基于此，我们规划设计了一个通用的内存缓存组件。通过此组件，可以实现各种内存数据的缓存，以及缓存数据同步等，并提供了分布式缓存数据同步到进程内存的方案。此组件与传统的缓存组件有很大的不同，它是对进程内存缓存的使用和同步做了抽象和总结，直接提供了一套模型。上文也提到，使用进程内存缓存最大的挑战在与数据同步，那么，我们先看一下影响进程内存缓存同步的一些因素。通过下图，我们看到在同步策略、同步时机、同步模式上都有很多选择。进程内存缓存的使用，其实就是下面三个维度组合处理的一个结果。
在实际的业务中，同步策略更多的会基于时间、数据版本或者时间来做，然后选择合适的同步时机和模式来执行数据同步。所以，在组件的封装上，我们支持了三种应用模型：
- 对缓存数据标记有效期，过期自动清理
- 缓存数据时，同时缓存数据版本，定时校验或实时校验数据版本，发现版本不一致时清理或重新同步缓存数据
- 缓存数据并订阅数据变化通知，当收到变化通知后，更新缓存数据
模型一：对缓存数据标记有效期，过期自动清理
此模型主要适用于， 比如：字符串资源信息查询、App充电地图数据、App最新动态、高频率日志记录、配置中心数据的缓存等等。
数据实时性要求很低，访问频率很高，变化频率较小的数据查询
访问频率很高，查询参数基本一致的数据查询
访问频率很高，允许丢失的辅助信息写入
代码示例：
//nuget：Teld.Core//引用：Teld.Core.Cache.ServiceEx.dll//创建一个带过期时间的本地内存容器using(var container = LocalCacheService.CreateExpirationContainer("TTP-Cache-CFG")){//向容器中增加项目，3秒钟的有效期container.Add("Name", "张三", new TimeSpan(0, 0, 3));//想容器中增加项目，永久有效container.Add("Address", "鑫盛大厦1号楼12层北特来电");}
模型二：对缓存数据标记有效期，过期自动清理
此模型主要适用于， 比如：帮助查询等。
- 数据实时性要求不高，访问频率很高的数据查询
- 访问频率很高，查询参数基本一致的数据查询
代码示例1： 定时同步，每分钟执行一次版本同步
static voidMain(string[] args)
{
//创建缓存数据同步代理
CacheValidateEventHandler<UserInfo> handler = new CacheValidateEventHandler<UserInfo>(SyncUserData);//创建一个带版本校验的本地内存缓存容器，每隔60s，自动进行一次数据全量同步using(varcontainer = LocalCacheService.CreateVersionContainer<UserInfo>("TTP-Cache-User", handler, SyncTime.Timing, SyncModel.All, 60)){
container.SyncFailed += Container_SyncFailed; //数据同步失败，事件通知
container.SyncData(); //立即执行一次数据同步
var user = container.Get("Name"); //从缓存中获取数据
Console.WriteLine(JsonConvert.SerializeObject(user));
}
Console.ReadLine();
}//数据同步，返回全量或者增量数据，并返回数据的最新版本
static Dictionary<string, UserInfo> SyncUserData(CacheValidateEventArgs e,out string newVersion)
{
//通过e.Version获取上次同步的数据数据
Dictionary<string, UserInfo> result = new Dictionary<string, Cache.UserInfo>();
Random r = new Random(DateTime.Now.Second);result.Add("Name", new Cache.UserInfo() { Name = "Name", Age =r.Next(1,20) , IsMale = true , LastModifyTime = DateTime.Now});newVersion = DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff");
return result;
}
代码示例2： 调用缓存Get方法时，自动同步缓存
static void Main (string[] args)
{ //创建缓存数据同步代理
CacheValidateEventHandler<UserInfo> handler = new CacheValidateEventHandler<UserInfo>(SyncUserData);
//创建一个带版本校验的本地内存缓存容器
varcontainer = LocalCacheService.CreateVersionContainer<UserInfo>("TTP-Cache-User", handler, SyncTime.GetCheck, SyncModel.All);
container.SyncFailed += Container_SyncFailed; //数据同步失败，事件通知
var user = container.Get("Name"); //从缓存数据中获取数据
Console.WriteLine(JsonConvert.SerializeObject(user));
Console.ReadLine();
}
模型三：缓存数据并订阅数据变化通知，当收到变化通知后，更新缓存数据
此模型主要适用于， 比如：电站状态缓存等。
- 数据实时性要求比较高，访问频率很高的数据查询
代码示例1： 带事件更新通知的缓存
public void GetString_Invoke()
{
//创建一个带MQ变化通知的本地内存缓存容器
using (var container = LocalCacheService.CreateEventContainer<string>("TTP-Cache-EventCacheUnitTest",
(CacheValidateEventArgs e, out string newVersion) =>
{
newVersion = Guid.NewGuid().ToString();
return BuildStringData();
}, SyncModel.All, 1))
{
container.SyncData(); //为容器初始化数据
var data = container.Get("lastModifytime"); //获取数据项
Assert.IsNotNull(data);
var data1 = container.Get("lastModifytime");
Assert.AreEqual(data, data1);
//发送数据项的更新通知事件
LocalCacheService.SendDataChangedEvent(container.Name, "lastModifytime");
Thread.Sleep(5000);
var data2 = container.Get("lastModifytime");
Assert.AreNotEqual(data2, data);
}
}
代码示例2：数据删除的事件通知
public void GetString_Delete(){//创建一个带MQ变化通知的本地内存缓存容器using (var container = LocalCacheService.CreateEventContainer<string>("TTP-Cache-EventCacheUnitTest",(CacheValidateEventArgs e, out string newVersion) =>{newVersion = Guid.NewGuid().ToString();return BuildStringData();}, SyncModel.All, 1)){container.SyncData(); //为容器初始化数据var data = container.Get("lastModifytime"); //获取数据项Assert.IsNotNull(data);var data1 = container.Get("lastModifytime");Assert.AreEqual(data, data1);LocalCacheService.SendDataChangedEvent(container.Name, "lastModifytime", EventType.Delete); //发送数据项的删除通知事件Thread.Sleep(5000);var data2 = container.Get("lastModifytime");Assert.IsNull(data2);}}
以上是此缓存组件应用的三种模型。三种模型，可通过 LocalCacheService 创建。其代码如下：
public class LocalCacheService
{/// <summary>/// 创建过期自动清理的本地内存缓存容器/// </summary>/// <param name="key">容器标识,三段式命名，全局唯一：TTP-Resource-DataCache</param>/// <param name="limitSize">限制使用的内存大小（M）</param>public static IExpirationCacheContainer CreateExpirationContainer(string key,long? limitSize =null){if (string.IsNullOrEmpty(key)){throw new ArgumentException("Key值不能为空！", nameof(key));}return new InMemoryExpirationContainer(key, limitSize);}/// <summary>/// 创建基于版本比较的本地内存缓存容器/// </summary>/// <typeparam name="T"></typeparam>/// <param name="key">容器标识,三段式命名，全局唯一：TTP-Resource-DataCache</param>/// <param name="handler">基于版本比较的数据处理器</param>/// <param name="syncTime">同步时机</param>/// <param name="model">同步模式</param>/// <param name="syncTimeMin">同步时机为Timing时，同步时间间隔</param>/// <returns></returns>public static IVersionCacheContainer<T> CreateVersionContainer<T>(string key, CacheValidateEventHandler<T> handler, SyncTime syncTime = SyncTime.Invoke,SyncModel model = SyncModel.All,int syncTimeSec=180) where T : class{if (string.IsNullOrEmpty(key)){throw new ArgumentException("Key值不能为空！", nameof(key));}if (handler == null){throw new ArgumentNullException(nameof(handler));}if (syncTimeSec == 0)syncTimeSec = 180;return new InMemoryVersionCacheContainer<T>(key, handler, syncTime, model, TimeSpan.FromSeconds(syncTimeSec));}/// <summary>/// 创建基于事件通知的本地内存缓存容器/// </summary>/// <typeparam name="T"></typeparam>/// <param name="key">容器标识,三段式命名，全局唯一：TTP-Resource-DataCache</param>/// <param name="handler">基于版本比较的数据处理器</param>/// <param name="model">同步模式</param>/// <param name="syncTimeMin">同步时机为Timing时，同步时间间隔</param>/// <returns></returns>public static IVersionCacheContainer<T> CreateEventContainer<T>(string key,CacheValidateEventHandler<T> handler, SyncModel model = SyncModel.All, int syncTimeSec = 180) where T : class{if (string.IsNullOrEmpty(key)){throw new ArgumentException("Key值不能为空！", nameof(key));}if (handler == null){throw new ArgumentNullException(nameof(handler));}if (syncTimeSec == 0)syncTimeSec = 180;return new InMemoryEventCacheContainer<T>(key,model,handler, TimeSpan.FromSeconds(syncTimeSec));}}
同步模式和同步时机的定义如下：
/// <summary>
/// 同步模式
/// </summary>
public enum SyncModel : int
{
All, //全量同步，清楚历史缓存信息，重新插入
Increase, //增量同步，同步变化部分，不对历史缓存数据清理
Clear //仅清理历史数据
}/// <summary>
/// 同步时机
/// </summary>
public enum SyncTime : int
{
Invoke, //调用方执行SyncData方法主动同步
Timing, //定时同步
GetCheck //Get方法是自动同步
}
以上是我们在进程内存组件的一些实践心得，更多技术细节，欢迎同学们来电沟通。微信号：vveiliang