電力企業信息管理網站高速緩存機制

候協舟

摘 要：在電力企業信息化高速發展的大背景下，服務于各個機構的管理軟件如雨后春筍般應運而生，且逐步向集中化統一部署的模式發展。原本一套應用系統只服務于一個公司或地市級單位，如今已逐步由國家電網公司統一研制，統一部署。由此帶來了管理規范、數據融通、節約成本等諸多好處，可隨著用戶基數的增大對應用服務器及數據庫的訪問壓力也隨之驟增，因此在性能上如何優化，如何改善用戶體驗成為急需解決的一道難題。本人在經歷了多套系統的研制后，發現在網站項目中引入一種高效的緩存機制可以極大地提高數據訪問效率，有效分散對數據庫的訪問壓力，滿足大用戶并行使用的要求。

關鍵詞：高速緩存；電力企業；信息管理網站；研發

目前，大多數應用類管理網站多是采用數據庫來記錄和訪問數據，并且數據庫往往獨立架設通過網絡與應用服務器相連。因此，對數據的訪問將受到數據庫性能、網絡帶寬與質量、磁盤訪問速度等諸多因素的影響。當某些時效性較強的數據被多次頻繁訪問時，將大大降低系統性能，無法滿足大用戶量的使用需要。因此考慮在Web應用服務器端引入一種高效的緩存機制，將時效性強的數據進行緩存能有效解決這一困難。

1總體思路

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

1） Web應用服務在處理用戶數據請求時應先查找高速緩存中是否存在該數據，一旦發現數據直接返回以避免訪問數據庫，否則才向數據庫請求數據并納入緩存。

2）內存中的數據在掉電或服務重啟時會丟失，內存中的數據應從數據庫中加載。當數據庫中的數據發生改變時應同步更新緩存中的信息，因此在設計時應考慮內存數據與數據庫數據同步的問題。

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

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

5）當系統發生運行時錯誤時，由于數據庫有回滾機制，為了保持數據同步，還應考慮緩存數據回滾問題。

2緩存載體

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

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

3緩存的啟動與刷新

緩存應在Web應用程序啟動時被初始化。

緩存的刷新是指在應用程序設置一個計時器用以對緩存進行刷新。計時器可根據實際需要進行設計，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據，重新計算信息熱度，重置計時器等在后面章節中將會詳細描述。

4緩存數據載入與讀取

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

5緩存數據過期

數據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器，當某條數據被訪問到時該記錄的計數器會自動加1，在過期刷新時間到來時，計數器會被減去一個固定值，如果結果為負數則說明該條記錄在某個時間段內被訪問的次數有限，不具備繼續緩存的價值，最終將該條記錄從緩存中清除。

6緩存數據同步

用戶在對表單數據進行增加、修改、刪除等操作時，對數據庫的數據進行了修改，但高速緩存中的數據并未被改變，當用戶再次查閱變動后的數據時無法得到及時更新，因此在對數據庫操作時應及時同步緩存中的數據。

7事務處理

事務是數據庫為了解決異常情況保持數據完整性的一種技術手段，即在某個過程中需要對數據庫進行多次操作，如果在一系列操作過程中發生錯誤，數據庫將回滾到過程發生前的狀態，以保證數據正確完整。當遇到數據庫發生回滾操作時，緩存也應相應回滾。

在設計緩存事務時，考慮加入事務緩存器，配合緩存數據同步時記錄某個過程中所有的數據變化，并在數據庫完成提交后再將事務緩存器中的內容同步到高速緩存中去。

8分布式系統應用

在分布式系統場景中使用高速緩存時，還應考慮到不同服務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模式，可采用Redis分發、WebService分發等多種技術手段。

9結束語

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

參考文獻：

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

[2] 唐學忠 . SQL Server 2000數據庫教程第1版 （2005年5月1日）endprint