電力企業(yè)信息管理網(wǎng)站高速緩存機制

候協(xié)舟

摘 要：在電力企業(yè)信息化高速發(fā)展的大背景下，服務(wù)于各個機構(gòu)的管理軟件如雨后春筍般應(yīng)運而生，且逐步向集中化統(tǒng)一部署的模式發(fā)展。原本一套應(yīng)用系統(tǒng)只服務(wù)于一個公司或地市級單位，如今已逐步由國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一研制，統(tǒng)一部署。由此帶來了管理規(guī)范、數(shù)據(jù)融通、節(jié)約成本等諸多好處，可隨著用戶基數(shù)的增大對應(yīng)用服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫的訪問壓力也隨之驟增，因此在性能上如何優(yōu)化，如何改善用戶體驗成為急需解決的一道難題。本人在經(jīng)歷了多套系統(tǒng)的研制后，發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)站項目中引入一種高效的緩存機制可以極大地提高數(shù)據(jù)訪問效率，有效分散對數(shù)據(jù)庫的訪問壓力，滿足大用戶并行使用的要求。

關(guān)鍵詞：高速緩存；電力企業(yè)；信息管理網(wǎng)站；研發(fā)

目前，大多數(shù)應(yīng)用類管理網(wǎng)站多是采用數(shù)據(jù)庫來記錄和訪問數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)庫往往獨立架設(shè)通過網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用服務(wù)器相連。因此，對數(shù)據(jù)的訪問將受到數(shù)據(jù)庫性能、網(wǎng)絡(luò)帶寬與質(zhì)量、磁盤訪問速度等諸多因素的影響。當(dāng)某些時效性較強的數(shù)據(jù)被多次頻繁訪問時，將大大降低系統(tǒng)性能，無法滿足大用戶量的使用需要。因此考慮在Web應(yīng)用服務(wù)器端引入一種高效的緩存機制，將時效性強的數(shù)據(jù)進行緩存能有效解決這一困難。

1總體思路

數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)存于硬盤，讀取時需多次向硬盤發(fā)出訪問請求，眾所周知磁盤的訪問效率普遍較低，如果能將經(jīng)常性使用的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中加以緩存，將大大提高數(shù)據(jù)的提取速度，與傳統(tǒng)相比不可同日而語。然而，內(nèi)存也存在空間容量有限、掉電數(shù)據(jù)丟失、價格昂貴等缺陷，如何取長補短，在設(shè)計高速緩存時應(yīng)考慮如下因素：

1） Web應(yīng)用服務(wù)在處理用戶數(shù)據(jù)請求時應(yīng)先查找高速緩存中是否存在該數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)直接返回以避免訪問數(shù)據(jù)庫，否則才向數(shù)據(jù)庫請求數(shù)據(jù)并納入緩存。

2）內(nèi)存中的數(shù)據(jù)在掉電或服務(wù)重啟時會丟失，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)應(yīng)從數(shù)據(jù)庫中加載。當(dāng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時應(yīng)同步更新緩存中的信息，因此在設(shè)計時應(yīng)考慮內(nèi)存數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)同步的問題。

3）高速緩存不宜對于大量數(shù)據(jù)進行加載，只在數(shù)據(jù)被訪問到時認為該條數(shù)據(jù)為熱點訪問信息且將會繼續(xù)多次被調(diào)用，因此將其納入緩存中。如果緩存中的部分數(shù)據(jù)多次被訪問，系統(tǒng)將提高其熱度以延長其在緩存中的駐留時間。

4）考慮到內(nèi)存的容量有限、價格昂貴且無法像硬盤般擴容增長，因此，在高速緩存中應(yīng)加入數(shù)據(jù)過期機制，去除長時間不用或已過期的數(shù)據(jù)以騰出足夠的空間。

5）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生運行時錯誤時，由于數(shù)據(jù)庫有回滾機制，為了保持數(shù)據(jù)同步，還應(yīng)考慮緩存數(shù)據(jù)回滾問題。

2緩存載體

緩存可在設(shè)計Web應(yīng)用時，以全局靜態(tài)變量作為其載體。全局靜態(tài)變量是應(yīng)用程序在內(nèi)存中開辟的一個臨時緩沖區(qū)，在程序啟動時被初始化，可在服務(wù)啟動到停止的全周期內(nèi)有效。該對象以Key-Value數(shù)據(jù)字典的形式進行數(shù)據(jù)存儲，以散鏈內(nèi)存尋址方式獲取數(shù)據(jù)，對于已知key值并采取getValue（key）這種方式獲取數(shù)據(jù)的效率非常高；但如果以遍歷的形式查找除key值以外的某些數(shù)據(jù)列時效率低下，特別是對大量數(shù)據(jù)進行篩選時，性能遠不如直接從數(shù)據(jù)庫查找。

在設(shè)計緩存時，應(yīng)考慮適應(yīng)多個數(shù)據(jù)庫表的記錄需求，因此應(yīng)采取二級數(shù)據(jù)字典記錄信息。一級key值以數(shù)據(jù)庫表的名稱為索引；二級key值則以該表的主鍵為索引；將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)性息序列化后以字符串的形式記錄在Value中，在讀取數(shù)據(jù)時將其反序列化成所需對象。

3緩存的啟動與刷新

緩存應(yīng)在Web應(yīng)用程序啟動時被初始化。

緩存的刷新是指在應(yīng)用程序設(shè)置一個計時器用以對緩存進行刷新。計時器可根據(jù)實際需要進行設(shè)計，例如定每日凌晨3：00開始刷新，以避開使用高峰期。至于刷新操作有清除過期數(shù)據(jù)，重新計算信息熱度，重置計時器等在后面章節(jié)中將會詳細描述。

4緩存數(shù)據(jù)載入與讀取

當(dāng)用戶向Web服務(wù)器發(fā)出某條數(shù)據(jù)的讀取請求時，系統(tǒng)將先查找緩存中是否存在該數(shù)據(jù)，如果不存在，系統(tǒng)向數(shù)據(jù)庫獲取信息后載入緩存，再從緩存中讀取數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)首次載入的同時維護該數(shù)據(jù)的訪問熱度計數(shù)器，并初始化1，即被訪問1次；當(dāng)緩存中的數(shù)據(jù)被多次訪問時，熱度值不斷增加直至緩存刷新時將其減去一個固定值。

5緩存數(shù)據(jù)過期

數(shù)據(jù)過期是高速緩存的一個重要機制，它限制了緩存的無限制增長，仿佛人類睡眠一般為有限的內(nèi)存騰出空間并保留最有價值的信息。上文中提到的訪問熱度計數(shù)器，當(dāng)某條數(shù)據(jù)被訪問到時該記錄的計數(shù)器會自動加1，在過期刷新時間到來時，計數(shù)器會被減去一個固定值，如果結(jié)果為負數(shù)則說明該條記錄在某個時間段內(nèi)被訪問的次數(shù)有限，不具備繼續(xù)緩存的價值，最終將該條記錄從緩存中清除。

6緩存數(shù)據(jù)同步

用戶在對表單數(shù)據(jù)進行增加、修改、刪除等操作時，對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行了修改，但高速緩存中的數(shù)據(jù)并未被改變，當(dāng)用戶再次查閱變動后的數(shù)據(jù)時無法得到及時更新，因此在對數(shù)據(jù)庫操作時應(yīng)及時同步緩存中的數(shù)據(jù)。

7事務(wù)處理

事務(wù)是數(shù)據(jù)庫為了解決異常情況保持數(shù)據(jù)完整性的一種技術(shù)手段，即在某個過程中需要對數(shù)據(jù)庫進行多次操作，如果在一系列操作過程中發(fā)生錯誤，數(shù)據(jù)庫將回滾到過程發(fā)生前的狀態(tài)，以保證數(shù)據(jù)正確完整。當(dāng)遇到數(shù)據(jù)庫發(fā)生回滾操作時，緩存也應(yīng)相應(yīng)回滾。

在設(shè)計緩存事務(wù)時，考慮加入事務(wù)緩存器，配合緩存數(shù)據(jù)同步時記錄某個過程中所有的數(shù)據(jù)變化，并在數(shù)據(jù)庫完成提交后再將事務(wù)緩存器中的內(nèi)容同步到高速緩存中去。

8分布式系統(tǒng)應(yīng)用

在分布式系統(tǒng)場景中使用高速緩存時，還應(yīng)考慮到不同服務(wù)器之間的緩存同步問題。該問題有多種解決方案，總體思路都是圍繞同步請求分發(fā)模式，可采用Redis分發(fā)、WebService分發(fā)等多種技術(shù)手段。

9結(jié)束語

隨著信息化建設(shè)的不斷擴展與深入，使越來越多人參與到高效的組織生產(chǎn)活動中。為了解決性能問題，除了更換高檔的設(shè)備外，高速緩存機制是解決大用戶訪問量的一個有效手段，該技術(shù)的使用不僅在電力系統(tǒng)內(nèi)部Web應(yīng)用上取得了顯著的成效，還可應(yīng)用于如移動互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)信息平臺、廣告新聞網(wǎng)站等多個場景。

參考文獻：

[1]Jon Galloway， Brad Wilson. ASP.NET MVC5高級編程（第5版）

[2] 唐學(xué)忠 . SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫教程第1版 （2005年5月1日）endprint