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[ASP.net教程]Memcached 滑动过期实现与二分法优化


Jusfr 原创,转载请注明来自博客园。

第一部分 前言

HttpRuntime.Cache.Insert(string key, object value, CacheDependency dependencies, DateTime absoluteExpiration, TimeSpan slidingExpiration) 方法的 slidingExpiration 参数能保证缓存被访问后,有效时间延长;而 Memcached 并没有实现该能力,形如第3方类库 EnyimCaching 提供的 MemcachedClient.Store() 方法提供的重载仍然是按绝对时间过期,和前者并非同一语义,本文目的是处理这个问题,并给出更优化的方案。

  public bool Store(StoreMode mode, string key, object value);  public bool Store(StoreMode mode, string key, object value, DateTime expiresAt);  public bool Store(StoreMode mode, string key, object value, TimeSpan validFor);

EnyimCaching 接口封装的很好,需要注意的是像配置错误等都不会导致异常抛出,所以使用时最好来个测试用例进行确认。

  [TestMethod]  public void Online() {    using (MemcachedClient client = new MemcachedClient("enyim.com/memcached")) {      String key = Guid.NewGuid().ToString("n");      Object value = client.Get(key);      Assert.IsNull(value);      var exist = client.TryGet(key, out value);      Assert.IsFalse(exist);      Assert.IsNull(value);      value = Guid.NewGuid();      client.Store(StoreMode.Set, key, value);      exist = client.TryGet(key, out value);      Assert.IsTrue(exist);      Assert.IsNotNull(value);    }  }

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同样需要注意的是客户端时间与 Memcached 所在服务器时间不一致时将导致过期时间和预期不太一致,考虑到是 Windows 下开发,像 Ubuntu 服务器可以使用以下命令同步时间并重新启动 Memcached 进程

  sudo ntpdate time.windows.com  sudo hwclock -w    sudo service memcached restart

然后是原始滑动过期的测试使用

  [TestMethod]  public void Sliding() {    using (MemcachedClient client = new MemcachedClient("enyim.com/memcached")) {      String key = Guid.NewGuid().ToString("n");      Object value = Guid.NewGuid();      client.Store(StoreMode.Set, key, value, TimeSpan.FromSeconds(15D));      Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(10D));      var exist = client.TryGet(key, out value);      Assert.IsTrue(exist);       Assert.IsNotNull(value);      Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(10D));      exist = client.TryGet(key, out value);      Assert.IsTrue(exist); //failed      Assert.IsNotNull(value);    }  }

测试用例未通过,这里使用的过期参数为15秒,10秒后检查缓存得知存在,再过10秒后缓存已经过期。

第二部分 实现

你可以已经看出来了,如果希望第2个10秒时,缓存仍然可以访问,那么第1个10秒时,将已经取出的缓存再存一次即可。确实如此,障碍是缓存取出时没有携带时间信息,我翻看了API,好像没有这办法(如果谬误,还请指正),所以我们可以拿一个 泛型Wraper 将时间和值一起存到缓存时,取出时进行对比。

定义 SlidingCacheWraper<TCache> 如下,注意 [Serializable] 在 EnyimCaching 的使用中是需要的:

  [Serializable]  public class SlidingCacheWraper<TCache> {    public TCache Cache { get; private set; }    public DateTime CachingTime { get; private set; }    public TimeSpan SlidingExpiration { get; private set; }    public SlidingCacheWraper(TCache cache, TimeSpan slidingExpiration) {      Cache = cache;      SlidingExpiration = slidingExpiration;      CachingTime = DateTime.Now;    }  }

大致逻辑是这样:当需要存储一个滑动过期项时,我们先使用 SlidingCacheWraper 包裹起这个缓存项,记录缓存时间及滑动过期参数,送入 Memcached;当从 Memcached 取出这项时,先对比当前时间和缓存时间间隔,如果没有超出滑动过期参数,  将其按照该参数重新存入;

  [TestMethod]  public void SlidingWithResotre() {    using (MemcachedClient client = new MemcachedClient("enyim.com/memcached")) {      String key = Guid.NewGuid().ToString("n");      Object value = Guid.NewGuid();      {        var slidingExpiration = TimeSpan.FromSeconds(15D);        Object wraper = new SlidingCacheWraper<Object>(value, slidingExpiration);        client.Store(StoreMode.Set, key, wraper, TimeSpan.FromSeconds(12D));      }      Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(10D));      {        Object wraperObj;        var exist = client.TryGet(key, out wraperObj);        Assert.IsTrue(exist);        Assert.IsNotNull(wraperObj);        Assert.IsTrue(wraperObj is SlidingCacheWraper<Object>);        var wraper = (SlidingCacheWraper<Object>)wraperObj;        Assert.IsNotNull(wraper.Cache);        Assert.AreEqual(value, wraper.Cache);        client.Store(StoreMode.Set, key, wraper, wraper.SlidingExpiration);      }      Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(10D));      {        Object wraperObj;        var exist = client.TryGet(key, out wraperObj);        Assert.IsTrue(exist);        Assert.IsNotNull(wraperObj);        Assert.IsTrue(wraperObj is SlidingCacheWraper<Object>);        var wraper = (SlidingCacheWraper<Object>)wraperObj;        Assert.IsNotNull(wraper.Cache);        Assert.AreEqual(value, wraper.Cache);        client.Store(StoreMode.Set, key, wraper, wraper.SlidingExpiration);      }      Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(20D));      {        Object wraperObj;        var exist = client.TryGet(key, out wraperObj);        Assert.IsFalse(exist);        Assert.IsNull(wraperObj);      }    }  }

先存储滑过过期参数为15秒的缓存项,然后两次间隔10秒访问并期望缓存未过期,再进行间隔20秒访问并期望缓存已经过期,相似代码块括起来了,测试通过。

第三部分 优化

诚然前面的逻辑已经实现了滑动过期的效果,但你应该注意到一个问题,就是为了这个需求,每次缓存读取,我们都得重新写入一次,即便 Memcached 性能很棒,反复命中缓存时的大量写入也有 IO 及序列化压力,这是可以优化的。

滑动过期就意味着缓存项的存活时间延长,又不能通过写入解决,我的直观思路就是:给缓存项加上“伪过期时间”,从起始算起在多出来的缓存时间时命中则不更新缓存。

  [TestMethod]  public void SlidingWithResotre() {    using (MemcachedClient client = new MemcachedClient("enyim.com/memcached")) {      String key = Guid.NewGuid().ToString("n");      Object value = Guid.NewGuid();      Action handler = () => {        Object wraperObj;        var exist = client.TryGet(key, out wraperObj);        if (exist) {          Assert.IsNotNull(wraperObj);          Assert.IsTrue(wraperObj is SlidingCacheWraper<Object>);          var wraper = (SlidingCacheWraper<Object>)wraperObj;          Assert.IsNotNull(wraper.Cache);          Assert.AreEqual(value, wraper.Cache);          TimeSpan diffSpan = DateTime.Now - wraper.CachingTime;          Console.WriteLine("Get cache, diff {0:F0} sec., sliding {1:f0} sec.",            diffSpan.TotalSeconds, wraper.SlidingExpiration.TotalSeconds);          //当前时间-设置时间 > 滑动时间, 已经过期          if (diffSpan > wraper.SlidingExpiration) {            Console.WriteLine("Remove cache");            client.Remove(key);            return;          }          //当前时间-设置时间 > 滑动时间/2, 更新缓存          if (diffSpan.Add(diffSpan) > wraper.SlidingExpiration) {            Console.WriteLine("Restore cahce");            client.Store(StoreMode.Set, key, wraper, wraper.SlidingExpiration);          }        }        else {          Console.WriteLine("Overdue");        }      };      var slidingExpiration = TimeSpan.FromSeconds(15D);      Object extendedWraper = new SlidingCacheWraper<Object>(value, TimeSpan.FromSeconds(slidingExpiration.TotalSeconds * 1.5));      client.Store(StoreMode.Set, key, extendedWraper, slidingExpiration);      var random = new Random();      for (int i = 0; i < 6; i++) {        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(15 * random.NextDouble()));        handler();      }    }  }

可以看到,当在缓存过期时间的前半段访问时,并没有重新写入;在缓存过期时间的后半段访问时,进行重新写入;由于设置在 Memcached 中的时间是 SlidingExpiration * 1.5,仍然能够超过过期参数后访问到缓存,应立即判定缓存已经过期。

测试用例使用了随机时间,即可能需要多次运行查看效果,也可以手动设置若干次 Sleep 时间查看效果,像某次输出如下:

代码还是很冗长的,类型检查、时间差计算等等,封装好的接口见 Jusfr.Caching.Memcached ,整个实现思路过程可以参考前面两篇文章,代码片断如下:

  public override bool TryGet<T>(string key, out T entry) {    Object cacheEntry;    Boolean exist = TryGetObject(key, out cacheEntry);    if (!exist) {      //不存在      entry = default(T);      return false;    }    if (cacheEntry == null) {      //存在但为 null      entry = (T)((Object)null);      return true;    }    if (cacheEntry is T) {      //存在,直接返回      entry = (T)cacheEntry;      return true;    }    if (!(cacheEntry is ExpirationWraper<T>)) {      //类型不为 T 也不为 ExpirationWraper<T>,抛出异常      throw new InvalidOperationException(String.Format("缓存项`[{0}]`类型错误, {1} or {2} ?",        key, cacheEntry.GetType().FullName, typeof(T).FullName));    }    var cacheWraper = (ExpirationWraper<T>)cacheEntry;    //表示滑动过期缓存项    if (cacheWraper.SlidingExpiration == Cache.NoSlidingExpiration) {      //绝对时间过期,返回      entry = cacheWraper.Value;      return true;    }    var diffSpan = DateTime.Now.Subtract(cacheWraper.SettingTime);    //当前时间-设置时间>滑动时间, 已经过期    if (diffSpan > cacheWraper.SlidingExpiration) {      Expire(key);      entry = default(T);      return false;    }    //当前时间-设置时间> 滑动时间/2, 更新缓存    if (diffSpan.Add(diffSpan) > cacheWraper.SlidingExpiration) {      entry = cacheWraper.Value;      Overwrite(key, cacheWraper.Value, cacheWraper.SlidingExpiration);    }    entry = cacheWraper.Value;    return true;  }

至此优化完成,如果您有好的的方法,欢迎交流。

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