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        電力企業(yè)信息管理網(wǎng)站高速緩存機制

        2018-01-27 16:08:27候協(xié)舟
        科學與財富 2017年34期
        關鍵詞:研發(fā)電力企業(yè)

        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(tǒng)一部署的模式發(fā)展。原本一套應用系統(tǒng)只服務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)的增大對應用服務器及數(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)庫往往獨立架設通過網(wǎng)絡與應用服務器相連。因此,對數(shù)據(jù)的訪問將受到數(shù)據(jù)庫性能、網(wǎng)絡帶寬與質(zhì)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(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應用服務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(shù)據(jù)請求時應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)在掉電或服務重啟時會丟失,內(nèi)存中的數(shù)據(jù)應從數(shù)據(jù)庫中加載。當數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)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(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,還應考慮緩存數(shù)據(jù)回滾問題。

        2緩存載體

        緩存可在設計Web應用時,以全局靜態(tài)變量作為其載體。全局靜態(tài)變量是應用程序在內(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。

        在設計緩存時,應考慮適應多個數(shù)據(jù)庫表的記錄需求,因此應采取二級數(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(jù)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(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

        當用戶向Web服務器發(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)庫操作時應及時同步緩存中的數(shù)據(jù)。

        7事務處理

        事務是數(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。當遇到數(shù)據(jù)庫發(fā)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(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)應用

        在分布式系統(tǒng)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(fā)模式,可采用Redis分發(fā)、WebService分發(fā)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(chǎn)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(tǒng)內(nèi)部Web應用上取得了顯著的成效,還可應用于如移動互聯(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] 唐學忠 . SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫教程第1版 (2005年5月1日)endprint

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