Memcache mutex设计模式

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。)

Java代码

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

Java代码

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。