1、第 1 页高并发服务器的设计-缓存的设计为什么需要缓存呢？很简单的道理，拿 QQ 做个比方，每天有几亿用户登录、查询个人信息，且这些信息基本不会变化，如果你是架构师，你会选择全部从数据库中查询么，估计会被笑的。一些业务要求大量且高速查询的，数据库必然会成为瓶颈，虽然可以通过横向扩容的方式优化，但这不是最优方案，其实服务器优化没有一个放之四海而皆准的最优方案，业务不同，最优方案也不同。举个例子，腾讯有十几亿用户，就光登录就是个头疼的事，做架构的往往要朝最坏的地方想，比如所有用户同时登录怎么办，难道要像 12306 那样直接不理你呢？这样的业务其实并不复杂，却只有一个追求：高速响应，因为用户是用脚
2、投票的。这些信息都是存放在数据库中的，最终都要和数据库交互，我们用图来显示一次登录的周期：如果一个用户频繁的登录，注销，服务器是不是总要重复这个周期呢，当然不用，第二，三步取了的数据完全可以放在内存中，周期变成这样：第 2 页可以看到当第 5 步再次请求后，系统已经没有了查询数据库的过程。这时候缓存就粉末登场了，就是适当的时候要用些内存来代替硬盘，很简单，内存和硬盘的速度不在一个层次上，只要花些 money 就可以了。如何设计缓存呢？缓存是占内存的，但不是以花尽内存为追求，尼玛，要是哪个架构这么想的，那就是太坑老板了。相反缓存追求的就是尽量少占内存，这和开头说要占内存不矛盾，因为终极追求是高效
3、，把红管子换成土黄色（请看 “内存池的设计” ）。每一个缓存的方案其实都是一个平衡:快速索引与内存空间，既使你毫不在乎内存的占用，这个平衡还是存在。第 3 页缓存方案又分为索引方案、存储方案、排序方案，三者往往是分不开的，在一类业务数据里找出唯一的KEY 其实很容易，难的是如何建立索引,如果用标准库自带的 map,红黑树方案，这只是解决了存储方案，如果KEY 是 20 个字节，咱顺便也打算用 std:string 自带的比较函数，好吧，我承认咱找到了一个通用的方案，且这么认为吧。还是拿 QQ 为例，QQ 号是 9 位数的数字，如果把这个数字定义成一个 int 型的，做为数组的基标，把数据全放进
4、这样的数组中，理论上完全可以，那么要多大的内存去存储呢，假设每个用户 128 字节的信息量，那么就要 27*232=512G，好吧，咱实实在在的坑了回老板。现实中，不是所有的数据都要放在缓存中，比如有些 QQ 一年都不登录一下，还有放进缓存的必要么。对于大量的数据，在需要考虑内存的时候，缓存中应该只存放频繁用到的数据，像女人一样，要保持常鲜才是最美的。频繁度就是一个阈值，实际就是我们的经验值。再举一个实际碰到的例子，key 是 32 个字节的，如果用字符串的比较函数，性能上比较憋屈。可以将 32字节换成 8 个 int 型或者 4 个 long long 型，因为 CPU 可以直接对两个整型进
5、行比较。实际开发中，我将 32 字节的 key 分成了 8 个 int，将所有的缓存数据按模分类分级，先定义中间容器的结构：typedef struct yumei_cache_container_s yumei_cache_container_t; struct yumei_cache_container_sint container_num; int data_num; yumei_cache_container_t *container; void *data;int mm0; ; 容器中套有容器，是为了分级散列，对数据的分级散列是很个很不错的方法，可以提高精度，节省时间。再定义索引数据
6、的结构：typedef struct yumei_cache_map_data_s yumei_cache_map_data_t; struct yumei_cache_map_data_s int key8; int times; int start_time;void* data; yumei_cache_map_data_t* next; ;times 是指这个数据被查询过多少次，start_time 则是开始查询时间，这两个参数是为了新陈代谢用的，比如一个数据在昨天天被查了 30 次，times=30，在昨天会被当成频繁数据加到缓存里，但是今天一次都没有查过，这样的数据就要被淘汰出去。
7、定义完了数据结构，就剩下算法了，主要推荐两种：1.红黑树2.hash mapC 里用的红黑树比较多，另一些语言比如 JAVA,Phthon 用的 hash map 较多，两者各有优点。第 4 页红黑树的查询速度不见得会比 hash 的快，但是会很稳定,后面文章我再讲一下吧。架构设计讲求透明性，上面定义的这些结构是对外不可见的，对外的文件接口应该是这样：int yumei_cache_module_init(); int yumei_cache_module_release(); int yumei_cache_insert( int *key, void* data );int yumei_c
8、ache_get( int* key, void* data ); int yumei_cache_del( int* key ); 在模块内部定义一个全局变量就可以了。如果追求通用性，则需要重新定义接口：typedef struct yumei_cache_s yumei_cache_t;struct yumei_cache_s void* container;#define YUMEI_CACHE_ERROR -1#define YUMEI_CACHE_OK 0#define YUMEI_CACHE_KEY_EXIST 1#define YUMEI_CACHE_KEY_NOT_EXIST
9、2yumei_cache_t* yumei_cache_create(); int yumei_cache_close( yumei_cache_t* cache); int yumei_cache_insert( yumei_cache_t* cache, int* key, void* data ); int yumei_cache_get( yumei_cache_t* cache, int* key, void* data ); int yumei_cache_del( yumei_cache_t* cache, int* key ); 有了这些只是提供了正常缓存的功能，别忘了我们还要
10、追求内存少浪费，就要保持数据的常鲜，还得定时去代谢那些老数据，这样就得要做到四点：1.数据库存放的数据都是有状态的。2.从数据库中查询的数据需要有最近的访问时间和访问次数。3.缓存中的数据要和数据库中打通。4.提供定时代谢的规则。相应的缓存过程是这样的：当用户查询数据，首先在缓存中寻找，缓存中不存在，则去数据库中查找，并更新数据库的访问时间和访问次数，当访问次数达到缓存要求则将其放进缓存中。系统定时对缓存清除一些满足代谢规则的数据，这个规则是访问时间、访问次数、系统容量的一个权衡。上面的接口就要改成这个形式：int yumei_cache_insert( int *key, void* data, int times, int start_time ); int yumei_cache_check(); 或者：int yumei_cache_insert( yumei_cache_t* cache, int* key, void* data, int times, int start_time ); int yumei_cache_check( yumei_cache_t* cache );
