一个简单Table Cache的实现

本文介绍了Table Cache在数据存储中的作用,旨在减轻服务压力和缩短响应时间。核心要点是保证缓存与数据库数据一致性。文章详细阐述了Full Table Cache和Partial Table Cache的实现方式,并通过流程图展示了操作过程。

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前言


在数据存储中,比较常见的一种存储形式是以表的形式进行数据的存储。表由一条条的数据记录所构成。当然,我们也会对表内的数据做各种维度的分析或者更新处理等等。而在这些过程中,我们免不了会对这些表做出大量的读写请求操作。当数据的面向用户变得更为繁多的时候,无疑对于实际表的访问压力也将不断地增长。因此有的时候我们要在客户端用户和存储DB表中间做一层中间处理来做缓冲。本文笔者将要谈的是一个简单的缓存处理,Table Cache,意为表缓存。下面笔者来简单聊聊这个Table Cache的概念以及如何实现一个简单的Table Cache来提高系统的性能。

Table Cache的作用


Table Cache的一个直接作用体现在以下两点:

  • 第一点,减轻客户端请求对于后台系统服务的压力
  • 第二点,缩短客户端请求响应的耗时

上述两点,一个是针对服务端角度的,另一个是针对客户端角度的。

Table Cache的核心要点:数据访问的一致性


Table Cache作为表缓存的角色,它最最重要的一点要求是要保证自身缓存数据和实际DB数据的一致性。这里的一致性包括有以下几个情况:

  • Cache有A数据,DB表有A数据。
  • Cache有A数据,DB表暂无A数据,但是过一段时间后,DB表也会同步A数据,此表现为最终一致性的效果。
  • DB清除掉了A数据,Cache也将会清除A数据
  • DB表A数据记录更新了,Cache表也将会更新A数据记录

用一句话来概括上述的4点,客户端从Cache中查询的数据结果和最终查询真实表的数据结果必须保持完全一致。

Table Cache的样例实现


下面我们来聊聊如何实现一个简单

### 关于缓存与指针的实现原理 #### 缓存的概念及其作用 缓存是一种用于存储元数据信息的数据结构,通常由数据库管理系统维护。对于 InnoDB 存储引擎而言,`dict table cache` 是一种特殊的缓存机制,其中每个都有一个 `dict_table_t` 结构体来示其元数据信息[^1]。这些元数据来源于 InnoDB 的数据字典,主要包括 `SYS_TABLES` 和 `SYS_COLUMNS` 的内容。 当某个不再被活动连接引用时,系统可能会考虑将其从缓存中移除以节省资源。这种行为受到全局变量 `table_definition_cache` 的控制,决定了可以保留的最大缓存数量。 --- #### 指针的作用及其实现方式 在缓存管理中,指针主要用于链接不同的缓冲区对象以及描述它们之间的关系。例如,在 Linux 文件系统的缓冲区子系统中,`BUF_PROTECTED` 链通过一系列指针(如 `b_list`, `b_next_free`, 和 `b_prev_free`)实现了对缓冲区头部对象的有效管理和追踪[^2]。 具体来说: - **`b_list`**: 这是一个枚举类型的字段,用来指示当前缓冲区属于哪个 LRU 列。 - **`b_next_free` 和 `b_prev_free`**: 它们分别指向链中的下一个和上一个节点,从而形成双向链结构。 这样的设计使得缓冲区可以在不同状态下快速切换,并支持高效的内存回收操作。 --- #### 缓存机制的核心思想 缓存机制的设计目标是为了减少磁盘 I/O 开销并提高访问速度。以下是几种常见的缓存策略: 1. **LRU (Least Recently Used)** 将最近最少使用的项淘汰掉。这种方式简单有效,适用于大多数场景。 2. **MRU (Most Recently Used)** 倾向于保留最新访问过的项目,适合某些特定的工作负载模式。 3. **ARC (Adaptive Replacement Cache)** 动态调整热数据和冷数据的比例,提供更优的命中率现。 针对数据库环境下的页级缓存,WiredTiger 使用了一种基于 B 树结构的高效算法[^3]。它的核心在于利用分层索引来加速查找过程,同时结合写入优化技术降低延迟。 --- #### 数据结构分析 无论是 InnoDB 的 `dict_table_t` 还是操作系统层面的 buffer head,都可以看作复杂数据结构的具体实例。下面是一些典型例子: ##### 1. 双向链 ```c struct list_node { struct list_node *prev; struct list_node *next; }; ``` 上述定义展示了如何构建基本的双向链单元。通过设置合适的初始条件,能够轻松扩展成完整的环形队列或者线性序列。 ##### 2. 复合型结构体 ```c typedef struct dict_table_struct { char* name; /* Table's name */ unsigned flags; /* Flags describing the table */ mem_heap_t* heap; /* Memory heap where this object resides */ } dict_table_t; ``` 此代码片段揭示了 InnoDB 中代单张格基本信息的部分属性配置方法。 --- #### 总结 综上所述,缓存与指针共同构成了现代软件体系的重要组成部分之一。前者侧重于逻辑上的抽象达;后者则是物理层次上的实际体现形式。两者相辅相成,缺一不可。
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