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使用Golang的singleflight防止缓存击穿

程序员文章站 2022-03-22 18:59:04
背景 在使用缓存时,容易发生缓存击穿。 缓存击穿:一个存在的key,在缓存过期的瞬间,同时有大量的请求过来,造成所有请求都去读dB,这些请求都会击穿到DB,造成瞬时DB请求量大、压力骤增。 singleflight 介绍 singleflight类的使用方法就新建一个singleflight.Gro ......

背景

在使用缓存时,容易发生缓存击穿。

缓存击穿:一个存在的key,在缓存过期的瞬间,同时有大量的请求过来,造成所有请求都去读db,这些请求都会击穿到db,造成瞬时db请求量大、压力骤增。

singleflight

介绍

import "golang.org/x/sync/singleflight"
singleflight类的使用方法就新建一个singleflight.group,使用其方法do或者dochan来包装方法,被包装的方法在对于同一个key,只会有一个协程执行,其他协程等待那个协程执行结束后,拿到同样的结果。

  • group结构体
    代表一类工作,同一个group中,同样的key同时只能被执行一次。
  • do方法
    func (g *group) do(key string, fn func() (interface{}, error)) (v interface{}, err error, shared bool)
    key:同一个key,同时只有一个协程执行。
    fn:被包装的函数。
    v:返回值,即执行的结果。其他等待的协程都会拿到。
    shared:表示是否有其他协程得到了这个结果v。
  • dochan方法
    func (g *group) dochan(key string, fn func() (interface{}, error)) <-chan result
    与do方法一样,只是返回的是一个channel,执行结果会发送到channel中,其他等待的协程都可以从channel中拿到结果。

ref:

示例

  • 使用do方法来模拟,解决缓存击穿的问题
func main() {
   var singlesetcache singleflight.group

   getandsetcache:=func (requestid int,cachekey string) (string, error) {
      log.printf("request %v start to get and set cache...",requestid)
      value,_, _ :=singlesetcache.do(cachekey, func() (ret interface{}, err error) {//do的入参key,可以直接使用缓存的key,这样同一个缓存,只有一个协程会去读db
         log.printf("request %v is setting cache...",requestid)
         time.sleep(3*time.second)
         log.printf("request %v set cache success!",requestid)
         return "value",nil
      })
      return value.(string),nil
   }

   cachekey:="cachekey"
   for i:=1;i<10;i++{//模拟多个协程同时请求
      go func(requestid int) {
         value,_:=getandsetcache(requestid,cachekey)
         log.printf("request %v get value: %v",requestid,value)
      }(i)
   }
   time.sleep(20*time.second)
}

输出:

2020/04/12 18:18:40 request 4 start to get and set cache...
2020/04/12 18:18:40 request 4 is setting cache...
2020/04/12 18:18:40 request 2 start to get and set cache...
2020/04/12 18:18:40 request 7 start to get and set cache...
2020/04/12 18:18:40 request 5 start to get and set cache...
2020/04/12 18:18:40 request 1 start to get and set cache...
2020/04/12 18:18:40 request 6 start to get and set cache...
2020/04/12 18:18:40 request 3 start to get and set cache...
2020/04/12 18:18:40 request 8 start to get and set cache...
2020/04/12 18:18:40 request 9 start to get and set cache...
2020/04/12 18:18:43 request 4 set cache success!
2020/04/12 18:18:43 request 4 get value: value
2020/04/12 18:18:43 request 9 get value: value
2020/04/12 18:18:43 request 6 get value: value
2020/04/12 18:18:43 request 3 get value: value
2020/04/12 18:18:43 request 8 get value: value
2020/04/12 18:18:43 request 1 get value: value
2020/04/12 18:18:43 request 5 get value: value
2020/04/12 18:18:43 request 2 get value: value
2020/04/12 18:18:43 request 7 get value: value

可以看到确实只有一个协程执行了被包装的函数,并且其他协程都拿到了结果。

源码分析

看一下这个do方法是怎么实现的。
首先看一下group的结构:

type group struct {
   mu sync.mutex      
   m  map[string]*call //保存key对应的函数执行过程和结果的变量。
}

group的结构非常简单,一个锁来保证并发安全,另一个map用来保存key对应的函数执行过程和结果的变量。
看下call的结构:

type call struct {
   wg sync.waitgroup //用waitgroup实现只有一个协程执行函数
   val interface{} //函数执行结果
   err error
   forgotten bool
   dups  int //含义是duplications,即同时执行同一个key的协程数量
   chans []chan<- result
}

看下do方法

func (g *group) do(key string, fn func() (interface{}, error)) (v interface{}, err error, shared bool) {
   g.mu.lock()//写group的m字段时,加锁保证写安全。
   if g.m == nil {
      g.m = make(map[string]*call)
   }
   if c, ok := g.m[key]; ok {//如果key已经存在,说明已经有协程在执行,则dups++,并等待其执行完毕后,返回其执行结果,执行结果保存在对应的call的val字段里
      c.dups++
      g.mu.unlock()
      c.wg.wait()
      return c.val, c.err, true
   }
   //如果key不存在,则新建一个call,并使用waitgroup来阻塞其他协程,同时在m字段里写入key和对应的call
   c := new(call)
   c.wg.add(1)
   g.m[key] = c
   g.mu.unlock()

   g.docall(c, key, fn)//第一个进来的协程来执行这个函数
   return c.val, c.err, c.dups > 0
}

继续看下g.docall里具体干了什么

func (g *group) docall(c *call, key string, fn func() (interface{}, error)) {
   c.val, c.err = fn()//执行被包装的函数
   c.wg.done()//执行完毕后,就可以通知其他协程可以拿结果了

   g.mu.lock()
   if !c.forgotten {//其实这里是为了保证执行完毕之后,对应的key被删除,group有一个方法forget(key string),可以用来主动删除key,这里是判断那个方法是否被调用过,被调用过则字段forgotten会置为true,如果没有被调用过,则在这里把key删除。
      delete(g.m, key)
   }
   for _, ch := range c.chans {//将执行结果发送到channel里,这里是给dochan方法使用的
      ch <- result{c.val, c.err, c.dups > 0}
   }
   g.mu.unlock()
}

由此看来,其实现是非常简单的。不得不赞叹一百来行代码就实现了功能。

其他

顺便附上dochan方法的使用示例:

func main() {
   var singlesetcache singleflight.group

   getandsetcache:=func (requestid int,cachekey string) (string, error) {
      log.printf("request %v start to get and set cache...",requestid)
      retchan:=singlesetcache.dochan(cachekey, func() (ret interface{}, err error) {
         log.printf("request %v is setting cache...",requestid)
         time.sleep(3*time.second)
         log.printf("request %v set cache success!",requestid)
         return "value",nil
      })

      var ret singleflight.result

      timeout := time.after(5 * time.second)

      select {//加入了超时机制
      case <-timeout:
         log.printf("time out!")
         return "",errors.new("time out")
      case ret =<- retchan://从chan中取出结果
         return ret.val.(string),ret.err
      }
      return "",nil
   }

   cachekey:="cachekey"
   for i:=1;i<10;i++{
      go func(requestid int) {
         value,_:=getandsetcache(requestid,cachekey)
         log.printf("request %v get value: %v",requestid,value)
      }(i)
   }
   time.sleep(20*time.second)
}

看下dochan的源码

func (g *group) dochan(key string, fn func() (interface{}, error)) <-chan result {
   ch := make(chan result, 1)
   g.mu.lock()
   if g.m == nil {
      g.m = make(map[string]*call)
   }
   if c, ok := g.m[key]; ok {
      c.dups++
      c.chans = append(c.chans, ch)//可以看到,每个等待的协程,都有一个结果channel。从之前的g.docall里也可以看到,每个channel都给塞了结果。为什么不所有协程共用一个channel?因为那样就得在channel里塞至少与协程数量一样的结果数量,但是你却无法保证用户一个协程只读取一次。
      g.mu.unlock()
      return ch
   }
   c := &call{chans: []chan<- result{ch}}
   c.wg.add(1)
   g.m[key] = c
   g.mu.unlock()

   go g.docall(c, key, fn)

   return ch
}