谈谈分布式缓存那些事儿

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文章来源:http://os.51cto.com/art/201306/397999.htm

原文链接:http://blog.csdn.net/dinglang_309/article/details/9071075

(作者:dinglang_309)

3) 弹性缓存平台:数据在集群节点间分布存储,基于冗余机制实现高可用性.优点是可动态扩展,具有容错能力;缺点是好友克隆备份会对系统性能造成一定影响.典型的,如 Windows Appfabric Caching;

1.2 典型应用场景

分布式缓存的典型应用场景可分为以下几类:

1) 页面缓存.用来缓存Web 页面的内容片段,包括HTML、CSS 和图片等,多应用于社交网站等;

2) 应用对象缓存.缓存系统作为ORM 框架的二级缓存对外提供服务,目的是减轻数据库的负载压力,加速应用访问;

3) 具体情况缓存.缓存包括Session 会话具体情况及应用横向扩展时的具体情况数据等,之类数据一般是难以恢复的,对可用性要求较高,多应用于高可用集群;

4) 并行外理.通常涉及极少量上端计算结果前要共享;

5) 事件外理.分布式缓存提供了针对事件流的连续查询(continuous query)外理技术,满足实时性需求;

6) 极限事务外理.分布式缓存为事务型应用提供高吞吐率、低延时的外理方案,支持高并发事务请求外理,多应用于铁路、金融服务和电信等领域.

1.1 分布式缓存的行态

分布式缓存具有如下行态:

1) 高性能:当传统数据库面临大规模数据访问时,磁盘I/O 往往成为性能瓶颈,从而原因 缺陷的响应延迟.分布式缓存将高速内存作为数据对象的存储介质,数据以key/value 形式存储,理想具体情况下都前要获得DRAM 级的读写性能;

2) 动态扩展性:支持弹性扩展,通过动态增加或减少节点应对变化的数据访问负载,提供可预测的性能与扩展性;同去,最大限度地提高资源利用率;

3) 高可用性:可用性中含数据可用性与服务可用性两方面.基于冗余机制实现高可用性,无单点失效(single point of failure),支持故障的自动发现,透明地实施故障切换,不想因服务器故障而原因 缓存服务中断或数据丢失.动态扩展时自动均衡数据分区,同去保障缓存服务持续可用;

4) 易用性:提供单一的数据与管理视图;API 接口简单,且与拓扑行态无关;动态扩展或失效恢复时不想人工配置;自动选者备份节点;多数缓存系统提供了图形化的管理控制台,便于统一维护;

5) 分布式代码执行(distributed code execution):将任务代码转移到各数据节点并行执行,客户端聚合返回结果,从而有效外理了缓存数据的移动与传输.最新的Java 数据网格规范JSR-347中加入了分布式代码执行与Map/reduce 的API 支持,各主流分布式缓存产品,如IBM WebSphere eXtreme Scale,VMware GemFire,GigaSpaces XAP 和Red Hat Infinispan 等也都支持本身 新的编程模型.

1.4 分布式缓存与NoSQL

NoSQL 又称为Not Only Sql,主一些一些指非关系型、分布式、支持水平扩展的数据库设计模式.NoSQL 放弃了传统关系型数据库严格的事务一致性和范式约束,采用弱一致性模型.相对于NoSQL 系统,传统数据库难以满足云环境下应用数据的存储需求,具体体现在以下3 个方面:

1) 根据CAP 理论,一致性(consistency)、可用性(availability)和分区容错(partition tolerance)这3 个要素最多同去满足有六个多 ,不想可能 三者兼顾.对云平台中部署的极少量Web 应用而言,数据可用性与分区容错的优先级通常更高,一些一些一般会选者适当放松一致性约束.传统数据库的事务一致性需求制约了其横向伸缩与高可用技术的实现;

2) 传统数据库难以适应新的数据存储访问模式.Web 2.0 站点以及云平台中趋于稳定极少量半行态化数据,如用户Session 数据、时间敏感的事务型数据、计算密集型任务数据等,那先 具体情况数据更适合以Key/Value 形式存储,不前要RDBMS 提供的繁杂的查询与管理功能;

3) NoSQL 提供低延时的读写深度图,支持水平扩展,那先 行态对拥有海量数据访问请求的云平台而言是至关重要的.传统关系型数据无法提供同样的性能,而内存数据库容量有限且不具备扩展能力.分布式缓存作为NoSQL 的本身 重要实现形式,可为云平台提供高可用的具体情况存储与可伸缩的应用加速服务,与一些NoSQL 系统间并无清晰的界限.平台中应用访问与系统故障均具有不可预知性,为了更好地应对那先 挑战,应用软件在架构时通常采用无具体情况设计,极少量具体情况信息不再由组件、容器或平台来管理,一些一些直接交 付给后端的分布式缓存服务或NoSQL 系统.

1.5 分布式缓存与极限事务外理

随着云计算与 Web 2.0 的进一步发展,一些企业或组织时常会面对空前的需求:百万级的并发用户访问、每秒数以千计的并发事务外理、灵活的弹性与可伸缩性、低延时及7×24×365 可用性等.传统事务型应用面临极限规模的并发事务外理,突然出现了极限事务外理型应用,典型的有铁路售票系统.Wikipedia 认为,极限事务外理是每秒多于30 事务或高于10 000 次并发访问的事务外理[12].Gartner 将极限事务外理(extreme transactionprocessing,简称XTP)定义为本身 为事务型应用的开发、部署、管理和维护供支持的应用模式,特点是对性能、可扩展性、可用性、可管理性等方面的极限需求.Gartner 在其报告中预测指出,极限事务外理型应用的规模将由305 年的10%提升至2010 年的20%,极限事务外理技术是未来5 年~10 年的热点技术.极限事务外理的引入,无疑给传统Web 三层架构带来了新的挑战.即,怎么还都可以在廉价的、标准化的硬件和软件平台之上,对大容量、业务关键型的事务外理应用提供良好的支撑.分布式缓存作为本身 关键的XTP 技术,可为事务型应用提供高吞吐率、低延时的技术外理方案.其延迟写(write-behind)机制可提供更短的响应时间,同去极大地降低数据库的事务外理负载,分阶段事件驱动架构(staged event-driven architecture)都前要支持大规模、高并发的事务外理请求.此外,分布式缓趋于稳定内存中管理事务并提供数据的一致性保障,采用数据好友好友克隆实现高可用性,具有较优的扩展性与性能组合.



分布式缓存概述

1.3 分布式缓存的发展

分布式缓存经历了多个发展阶段,由最初的本地缓存到弹性缓存平台直至弹性应用平台[8],目标是朝着构建更好的分布式系统方向发展(如下图所示).

1) 本地缓存:数据存储在应用代码所在内存空间.优点是都前要提供快速的数据访问;缺点是数据无法分布式共享,无容错外理.典型的,如Cache4j;

2) 分布式缓存系统:数据在固定数目的集群节点间分布存储.优点是缓存容量可扩展(静态扩展);缺点是扩展过程中前要极少量配置,无容错机制.典型的,如 Memcached;



4) 弹性应用平台:弹性应用平台代表了云环境下分布式缓存系统未来的发展方向.简单地讲,弹性应用平台是弹性缓存与代码执行的组合体,将业务逻辑代码转移到数据所在节点执行,都前要极大地降低数据传输开销,提升系统性能.典型的,如 GigaSpaces XAP.

在前面的一些文章中,从实战的深度图,讲解了有关 memcached的应用、容灾、监控等等。而且缺陷对理论的讲解和原理性的剖析。本文将从理论的深度图去介绍,让大伙从宏观上对“分布式缓存、nosql”等技术有所了解,以便进一步学习和使用。在构建大规模的web应用时,缓存技术都前要说是必备的,学习的必要性固然。