【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及到一種廣域環境中異構數據庫的語義分析多級緩存機制，以抽象數據庫訪問模型，構建各異構數據庫的統一訪問方式，并實現數據庫操作的精準轉發與執行。本專利技術屬于數據。
技術介紹
1、隨著數字化轉型的不斷加速，特別是在智能制造、智慧交通和自動化控制等領域的興起，全球范圍內的數據生成量呈現出爆炸式增長。這些數據具有多樣性和復雜性的特征，包含大量的結構化、半結構化和非結構化數據，分布于多個設備和地理位置，形成了一個復雜的廣域協同計算環境。在這種背景下，數據不僅需要在終端、邊緣設備和云端之間流動，還要面對如何有效存儲和訪問的問題。
2、為了適應多樣化的數據存儲需求，不同行業采用了各種類型的數據庫系統，例如支持事務處理的關系型數據庫，以及能夠處理半結構化數據的文檔型數據庫。此外，還有用于高速緩存的鍵值數據庫和專門為大規模數據分析優化的全文搜索數據庫等。這些數據庫各自針對特定領域進行了優化設計，但不同數據庫之間的訪問和操作存在顯著差異，導致在實際應用中，開發人員必須學習并適應不同的操作接口和查詢語言?？鐢祿觳僮鞯膹碗s性大大增加了開發成本，系統的維護難度也顯著提升。
3、此外，分布在廣域網絡中的異構數據庫，其網絡延時問題也加劇了查詢性能的下降。尤其是在需要跨越多個地理區域的情況下，數據的一致性維護、訪問效率提升、以及對實時性要求的滿足，成為了面臨的核心挑戰。為了提高系統響應速度，目前大多數方案選擇通過多級緩存和異步計算的方式來減少訪問延時，但現有的緩存策略通常缺乏針對性，無法有效處理異構數據庫的復雜語義和數據特
4、已有一些技術方案嘗試為不同數據庫類型提供統一的訪問方式。例如，某些數據庫平臺通過擴展外部數據訪問接口，使得應用可以從多個異構數據源進行查詢操作。然而，這類解決方案在性能和擴展性方面存在局限性，特別是在面對高度分布式的環境時，網絡不穩定和高延時依然是亟待解決的問題。同時，不同數據庫的操作模式差異較大，現有的統一接口往往無法涵蓋數據庫的特定操作需求，進一步限制了操作的靈活性。
5、為了解決上述問題，本文提出了一種基于語義分析的多級緩存機制，用于提升廣域異構數據庫環境中的訪問效率。該機制的核心思想是通過對sql語句進行語義識別，提取查詢操作的特定類型和影響范圍，進而針對性地更新和管理緩存內容。結合訪問頻率和時間等因素，本文設計了一種優化的緩存淘汰算法，有效減少了冗余數據和訪問延遲。此外，通過發布訂閱的方式，系統能夠在不同數據中心之間保持緩存的一致性，從而在大規模分布式環境中保證查詢的準確性與效率。
6、綜上所述，現有的數據庫訪問機制雖然在某些特定場景下有一定的應用，但在廣域分布式環境中依然存在著訪問效率低下、操作復雜性高以及數據一致性維護困難等問題。本文提出的多級緩存機制通過對查詢操作的語義分析和緩存管理，提升了異構數據庫的查詢性能，并有效減少了系統的開發和維護成本。
技術實現思路
1、本文提出了一種語義多級緩存機制，主要思想是通過模式匹配技術實現對數據庫操作的識別，提取數據庫操作語句的類型和影響范圍，實現對查詢結果集緩存的更新；為了提升緩存的有效性和準確性，并降低查詢結果緩存的一致性維護成本，本機制采用了結合訪問頻率和訪問時間的緩存淘汰機制和基于發布訂閱模式的緩存過期機制，從而實現了廣域環境中的數據庫訪問加速。
2、本專利技術的技術解決方案如下：
3、面向廣域環境中異構數據庫的語義分析多級緩存機制，包括：
4、sql語句識別模塊，用于接收數據庫和sql語句的元數據，識別查詢語句的類型和影響范圍，通過元數據抽取得到請求的類型、字段信息、表和數據庫信息、條件查詢信息、分組信息、分頁信息，并通過元數據匹配定位需要執行數據訪問的數據庫連接；
5、多級緩存隊列模塊，用于存儲具體的緩存項目，并根據sql語句識別模塊的識別結果管理緩存，運行后臺任務定時回收緩存項；
6、緩存項定位索引，用于加速緩存訪問，多級隊列包含一個由哈希表和前綴樹組成的數據結構，哈希表分為三層，每一層哈希表的鍵依次是數據庫名稱、實體數據庫名稱和表名稱，前綴樹用于存儲數據表字段名稱；
7、發布訂閱模塊，用于與部署在其他數據中心的系統進行通信，維護緩存的一致性，按照表為粒度接受消息，當sql語句識別模塊識別到數據查詢時將表信息傳遞給發布訂閱模塊，發布訂閱模塊根據表信息向其它數據中心訂閱修改，當sql語句識別模塊識別到數據修改時將表信息和sql語句傳遞給發布訂閱模塊，發布訂閱模塊根據表信息將sql語句推送給訂閱者。
8、所述sql語句識別模塊在識別出查詢語句時執行設置緩存的邏輯，在識別出刪除、修改、新增語句時執行刪除緩存的邏輯，并計算對應語句影響的范圍，在最小的范圍內刪除緩存。
9、所述多級緩存隊列模塊包括至少兩個緩存隊列，按照隊列優先級從高到低依次編號為1到n，將緩存項放在隊列1中，多級緩存隊列接管緩存項管理，根據數據訪問頻率和訪問時間在隊列間進行降級或提升，直至淘汰或提升到隊列1。
10、所述緩存項定位索引通過哈希表和前綴樹組合的方式加速緩存訪問，哈希表的鍵依次是數據庫名稱、實體數據庫名稱和表名稱，前綴樹用于存儲數據表字段名稱并按照順序訪問前綴樹查詢緩存項。
11、所述發布訂閱模塊在sql語句識別模塊識別到數據查詢時將表信息傳遞給發布訂閱模塊，發布訂閱模塊根據表信息向其它數據中心訂閱修改，在識別到數據修改時將表信息和sql語句傳遞給發布訂閱模塊，發布訂閱模塊根據表信息將sql語句推送給訂閱者。
12、所述多級緩存隊列模塊設置了緩存容量的水位線，當緩存項的數據超出水位線時，系統計算需要移出緩存的緩存項的數目，并逐級收縮緩存，保證每一級隊列的緩存項的數目是下一級的1.5倍。
13、每一個緩存項中定義了一個訪問位和一個訪問緩沖區，訪問位用于在采樣時間內標記緩存項是否被訪問，訪問緩沖區用于保存過去16次采樣周期內的訪問位，并通過訪問頻率和訪問時間評估緩存項的訪問情況，根據評估結果在各個隊列間移動緩存項。
14、所述緩存項定位索引在使用redis等鍵值數據庫時，會注入虛假的數據庫名稱和實體數據庫名稱，以保證數據結構的統一。
15、緩存項管理分為兩部分，一是緩存涉及的數據被修改，需要主動刪除緩存，二是緩存的容量有限，需要定時清理緩存中不經常被訪問的數據。
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1.面向廣域環境中異構數據庫的語義分析多級緩存機制，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，所述SQL語句識別模塊在識別出查詢語句時執行設置緩存的邏輯，在識別出刪除、修改、新增語句時執行刪除緩存的邏輯，并計算對應語句影響的范圍，在最小的范圍內刪除緩存。
3.根據權利要求1所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，所述多級緩存隊列模塊包括至少兩個緩存隊列，按照隊列優先級從高到低依次編號為1到n，將緩存項放在隊列1中，多級緩存隊列接管緩存項管理，根據數據訪問頻率和訪問時間在隊列間進行降級或提升，直至淘汰或提升到隊列1。
4.根據權利要求1所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，所述緩存項定位索引通過哈希表和前綴樹組合的方式加速緩存訪問，哈希表的鍵依次是數據庫名稱、實體數據庫名稱和表名稱，前綴樹用于存儲數據表字段名稱并按照順序訪問前綴樹查詢緩存項。
5.根據權利要求1所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，所述發布訂閱模塊在SQL語句識別模塊識別到數據查詢時將表信息傳遞給發布訂閱模塊，發布訂閱模塊根據表
6.根據權利要求3所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，所述多級緩存隊列模塊設置了緩存容量的水位線，當緩存項的數據超出水位線時，系統計算需要移出緩存的緩存項的數目，并逐級收縮緩存，保證每一級隊列的緩存項的數目是下一級的1.5倍。
7.根據權利要求3所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，每一個緩存項中定義了一個訪問位和一個訪問緩沖區，訪問位用于在采樣時間內標記緩存項是否被訪問，訪問緩沖區用于保存過去16次采樣周期內的訪問位，并通過訪問頻率和訪問時間評估緩存項的訪問情況，根據評估結果在各個隊列間移動緩存項。
8.根據權利要求1所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，所述緩存項定位索引在使用Redis等鍵值數據庫時，會注入虛假的數據庫名稱和實體數據庫名稱，以保證數據結構的統一。
9.根據權利要求1所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，緩存項管理分為兩部分，一是緩存涉及的數據被修改，需要主動刪除緩存，二是緩存的容量有限，需要定時清理緩存中不經常被訪問的數據。
...【技術特征摘要】
1.面向廣域環境中異構數據庫的語義分析多級緩存機制，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，所述sql語句識別模塊在識別出查詢語句時執行設置緩存的邏輯，在識別出刪除、修改、新增語句時執行刪除緩存的邏輯，并計算對應語句影響的范圍，在最小的范圍內刪除緩存。
3.根據權利要求1所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，所述多級緩存隊列模塊包括至少兩個緩存隊列，按照隊列優先級從高到低依次編號為1到n，將緩存項放在隊列1中，多級緩存隊列接管緩存項管理，根據數據訪問頻率和訪問時間在隊列間進行降級或提升，直至淘汰或提升到隊列1。
4.根據權利要求1所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，所述緩存項定位索引通過哈希表和前綴樹組合的方式加速緩存訪問，哈希表的鍵依次是數據庫名稱、實體數據庫名稱和表名稱，前綴樹用于存儲數據表字段名稱并按照順序訪問前綴樹查詢緩存項。
5.根據權利要求1所述的語義分析多級緩存機制，其特征在于，所述發布訂閱模塊在sql語句識別模塊識別到數據查詢時將表信息傳遞給發布訂閱模塊，發布訂閱模塊根據表信息向其它數據中心訂閱修改，在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：肖利民，李輝陽，王錦權，沈潤楠，索珈順，李云潼，張晨浩，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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