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  • Memcache mutex设计模式

    周六的S2 Web 2.0技术沙龙上介绍了memcache中使用mutex场景(文后要演讲稿),有网友对详情感兴趣,简单介绍如下。

    场景

    Mutex主要用于有大量并发访问并存在cache过期的场合,如

    • 首页top 10, 由数据库加载到memcache缓存n分钟
    • 微博中名人的content cache, 一旦不存在会大量请求不能命中并加载数据库
    • 需要执行多个IO操作生成的数据存在cache中, 比如查询db多次

    问题

    在大并发的场合,当cache失效时,大量并发同时取不到cache,会同一瞬间去访问db并回设cache,可能会给系统带来潜在的超负荷风险。我们曾经在线上系统出现过类似故障

    解决方法

    方法一
    在load db之前先add一个mutex key, mutex key add成功之后再去做加载db, 如果add失败则sleep之后重试读取原cache数据。为了防止死锁,mutex key也需要设置过期时间。伪代码如下
    (注:下文伪代码仅供了解思路,可能存在bug,欢迎随时指出。)

    if (memcache.get(key) == null) {
        // 3 min timeout to avoid mutex holder crash
        if (memcache.add(key_mutex, 3 * 60 * 1000) == true) {
            value = db.get(key);
            memcache.set(key, value);
            memcache.delete(key_mutex);
        } else {
            sleep(50);
            retry();
        }
    }

    方法二
    在value内部设置1个超时值(timeout1), timeout1比实际的memcache timeout(timeout2)小。当从cache读取到timeout1发现它已经过期时候,马上延长timeout1并重新设置到cache。然后再从数据库加载数据并设置到cache中。伪代码如下

    v = memcache.get(key);
    if (v == null) {
        if (memcache.add(key_mutex, 3 * 60 * 1000) == true) {
            value = db.get(key);
            memcache.set(key, value);
            memcache.delete(key_mutex);
        } else {
            sleep(50);
            retry();
        }
    } else {
        if (v.timeout <= now()) {
            if (memcache.add(key_mutex, 3 * 60 * 1000) == true) {
                // extend the timeout for other threads
                v.timeout += 3 * 60 * 1000;
                memcache.set(key, v, KEY_TIMEOUT * 2);
    
                // load the latest value from db
                v = db.get(key);
                v.timeout = KEY_TIMEOUT;
                memcache.set(key, value, KEY_TIMEOUT * 2);
                memcache.delete(key_mutex);
            } else {
                sleep(50);
                retry();
            }
        }
    }

    相对于方案一
    优点:避免cache失效时刻大量请求获取不到mutex并进行sleep
    缺点:代码复杂性增大,因此一般场合用方案一也已经足够。

    方案二在Memcached FAQ中也有详细介绍 How to prevent clobbering updates, stampeding requests,并且Brad还介绍了用他另外一个得意的工具 Gearman 来实现单实例设置cache的方法,见 Cache miss stampedes,不过用Gearman来解决就感觉就有点奇技淫巧了。

    附:本次Web2.0技术沙龙演讲主题:微博Cache设计谈,需下载请点击演讲稿下menu/download (需登录slideshare)。

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