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如果沒有緩存，當(dāng)打開一個(gè)有大量內(nèi)容的頁面的時(shí)候，將會(huì)變得十分的卡頓，因?yàn)闆]有緩存，每次打開頁面的時(shí)候都進(jìn)行全部加載，而導(dǎo)致頁面打開速度變得很慢，給用戶的體驗(yàn)也就十分的不愉快了。有了緩存，則會(huì)讓原本打開很慢的頁面變得“秒開”。那么緩存除了能夠加速數(shù)據(jù)的訪問外，還有什么作用？本文將為您詳細(xì)介紹 java 緩存的運(yùn)放方式、緩存的類別以及緩存會(huì)出現(xiàn)的問題。
一、緩存能用來做什么？
大多數(shù)人對(duì)于緩存的理解就是，當(dāng)我們打開一個(gè)頁面或是一個(gè)APP，當(dāng)它們打開的速度很慢的時(shí)候，都會(huì)想到引入緩存，這樣打開就會(huì)更快。
從技術(shù)這一方面來說，緩存之所以能夠提高訪問速度，是因?yàn)榫彺媸腔趦?nèi)存去建立的。而內(nèi)存的讀寫速度相對(duì)于硬盤是快很多的，所以用內(nèi)存代替硬盤作為讀寫的介質(zhì)，自然就會(huì)大大提升了訪問數(shù)據(jù)的速度。
使用緩存的過程大致如下：
二、運(yùn)用方式：預(yù)讀取和延遲寫
除了上述的過程之外，緩存另外兩個(gè)重要的運(yùn)用方式：預(yù)讀取和延遲寫。
2.1 預(yù)讀取
從字面意思來看就是預(yù)先讀取，實(shí)際意義也確實(shí)如此。預(yù)讀取就是提前把將要讀取的數(shù)據(jù)載入，也就是在系統(tǒng)中把硬盤中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)提前加載到內(nèi)存中，然后對(duì)外提供服務(wù)。
那么這么做的意義是什么？
因?yàn)橛行┫到y(tǒng)一旦啟動(dòng)就會(huì)有數(shù)以萬計(jì)的請(qǐng)求涌進(jìn)來，假設(shè)讓這些請(qǐng)求直接打到數(shù)據(jù)庫上，非常大的可能就是會(huì)讓數(shù)據(jù)庫的壓力劇增，數(shù)據(jù)庫就會(huì)被掛掉，而導(dǎo)致無法正常響應(yīng)。
預(yù)讀取就是為了解決這樣的問題。
2.2 延遲寫
如果說預(yù)讀取就是在數(shù)據(jù)出口加一道緩沖區(qū)，那么延遲寫則是在數(shù)據(jù)入口加一道緩沖區(qū)。
由于數(shù)據(jù)庫的寫入速度要比讀取速度慢，因此在寫入的時(shí)候就需要一系列的保證數(shù)據(jù)正確性的機(jī)制。所以，要想提升寫入速度，或是分庫分表，或是通過緩存加一道緩沖，再一次性批量寫入磁盤。引入分庫分表的復(fù)雜度遠(yuǎn)大于引入緩存，一般都是優(yōu)先考慮引入緩存的方案。
這種緩存方案就是延遲寫，它是預(yù)先將準(zhǔn)備寫入磁盤或數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，暫時(shí)寫入到內(nèi)存，然后返回成功，再定時(shí)分批將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入到磁盤。
三、哪些可以加緩存？
在緩存之前需要考慮我們要緩存的是什么？符合什么樣特點(diǎn)的數(shù)據(jù)才需要加緩存？因?yàn)榫彺嫠闶且粋€(gè)額外的成本投入，所以加了緩存要體現(xiàn)它的價(jià)值。
先引入衡量數(shù)據(jù)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：
熱點(diǎn)數(shù)據(jù)：被高頻訪問，如每秒幾十次以上。
靜態(tài)數(shù)據(jù)：很少變動(dòng)，讀取要大于寫入。
以終端用戶為起點(diǎn)，系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)庫為終點(diǎn)，這其中可以作為緩存設(shè)立點(diǎn)大致如下：
每個(gè)設(shè)立點(diǎn)都會(huì)擋掉一些流量，最終會(huì)形成以下的漏斗形效果，以此可以保護(hù)后面的系統(tǒng)以及最后的數(shù)據(jù)庫。
這些設(shè)立點(diǎn)就像是紅綠燈，如果沒有紅綠燈就容易發(fā)生事故，或是造成交通癱瘓等等。緩存設(shè)立點(diǎn)就是防止請(qǐng)求大量涌入，導(dǎo)致無法正常訪問。
四、緩存類別
上文已經(jīng)羅列了緩存的幾種類別，接下我們將會(huì)對(duì)這些緩存類別進(jìn)行介紹。
4.1 瀏覽器緩存
瀏覽器是離用戶最近的，可以用來作為緩存的地方，而且借助的是用戶的資源，性價(jià)比是幾種里面最好的，可以讓用戶分擔(dān)一些壓力。
進(jìn)入瀏覽器的開發(fā)者工具，有 ?from cache? 、?from memory cache? 和? from disk cache? 的時(shí)候，說明數(shù)據(jù)已經(jīng)被緩存在用戶的終端設(shè)備上，在沒網(wǎng)的時(shí)候也可能訪問到一部分的內(nèi)容就是這個(gè)原因。
瀏覽器會(huì)幫助我們完成這個(gè)過程，一般適用于圖片、 js 和 css等這些資源的緩存。
瀏覽器緩存的劣勢(shì)就是我們對(duì)它的掌控力比較差，沒有發(fā)起新的請(qǐng)求的情況下，是無法主動(dòng)去更新數(shù)據(jù)。
4.2 CDN緩存
提供CDN服務(wù)的服務(wù)商，在全國乃至全世界部署了大量的服務(wù)節(jié)點(diǎn)。我們就可以將數(shù)據(jù)分發(fā)到遍布各地服務(wù)器上作為緩存，當(dāng)用戶訪問時(shí)可以讀取就近的服務(wù)器上的緩存數(shù)據(jù)。這樣就可以分?jǐn)倝毫吞嵘思铀傩Ч?/p>
要注意的是，由于節(jié)點(diǎn)眾多，更新緩存數(shù)據(jù)會(huì)比較慢，一般至少是分鐘級(jí)別，所以該緩存適用于不經(jīng)常變動(dòng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)。
4.3 網(wǎng)關(guān)（代理）緩存
我們經(jīng)常會(huì)在源站前面加上一層網(wǎng)管，目的是為了做一些安全機(jī)制或者作為同一分流策略的入口。
在這里設(shè)立一個(gè)緩存，能夠攔下來請(qǐng)求，其背后的源站也是收益很大的，減少了大量的 CPU 運(yùn)算。常用的網(wǎng)關(guān)緩存有 ?Varnish?、?Squid?、?Nginx?。
4.4 進(jìn)程內(nèi)緩存
一個(gè)請(qǐng)求能夠到這里來，說明是“業(yè)務(wù)相關(guān)”，需要經(jīng)過業(yè)務(wù)邏輯的運(yùn)算。從這里開始，對(duì)緩存的引入成本相對(duì)于前三者而言，要大大的增加了，這是因?yàn)閷?duì)緩存與數(shù)據(jù)庫之間的‘?dāng)?shù)據(jù)一致性’要求更高了。
4.5 進(jìn)程外緩存
這里是大多數(shù)程序員所熟悉的地方，就是 ?Redis? 和? Memcached? 之類，或者也可以自己單獨(dú)寫一個(gè)程序來轉(zhuǎn)存放緩存數(shù)據(jù)，提供給其他程序遠(yuǎn)程調(diào)用。
4.6 數(shù)據(jù)庫緩存
數(shù)據(jù)庫緩存是數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部機(jī)制，一般都會(huì)給出設(shè)置緩存空間大小的配置來讓你進(jìn)行干預(yù)。
最后，磁盤本身也是有緩存的，所以能夠讓數(shù)據(jù)平穩(wěn)地寫入到磁盤，可謂是經(jīng)歷了一波三折。
五、緩存可能出現(xiàn)的問題
既然緩存作用如此大，那是不是就越多越好呢？只要速度慢就加緩存來解決？其實(shí)不然，緩存既有好的一面，也會(huì)有負(fù)面的一面。
5.1 緩存雪崩
問題：大量請(qǐng)求并發(fā)進(jìn)入緩存時(shí)，可能由于某些原因緩沖效果未能正常執(zhí)行，即便是在很短的時(shí)間內(nèi)，就會(huì)導(dǎo)致請(qǐng)求全部轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)庫，從而造成數(shù)據(jù)庫壓力過重。
解決：可以通過“加鎖排隊(duì)”或者“緩存時(shí)間增加隨機(jī)值”來解決此類問題。
5.2 緩存穿透
和緩存雪崩很相似，區(qū)別在于穿透會(huì)持續(xù)更長的時(shí)間。這是因?yàn)槊看蔚? cache miss? 后依然無法從數(shù)據(jù)源把數(shù)據(jù)加載到緩存，導(dǎo)致持續(xù)產(chǎn)生cache miss?。
可以通過“布隆過濾器”或者“緩存空對(duì)象”來解決此類問題。
5.3 緩存并發(fā)
一個(gè)緩存 ?key ?下的數(shù)據(jù)被同時(shí) ?set?，怎么保證業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確性？如果進(jìn)程內(nèi)、進(jìn)程外、數(shù)據(jù)庫三者的緩存一起用的情況下？
使用“先DB再緩存”的方式，并且緩存操作用 delete 而不是 set。
5.4 緩存無底洞
雖然分布式緩存是可以無線橫向擴(kuò)展的，但是，集群下的節(jié)點(diǎn)也不是越多越好。緩存也是符合“邊際效用遞減”規(guī)律的。
5.5 緩存淘汰
內(nèi)存的容量是有限的，如果請(qǐng)求的數(shù)據(jù)量是大量的，那么根據(jù)具體情況進(jìn)行一定的淘汰策略是必不可少的。例如：?LRU?、?LFU?和?FIFO?等等。
六、總結(jié)
本文主要介紹了Java緩存的運(yùn)用方式的三種思路，Java緩存的類別，在系統(tǒng)中可以設(shè)立緩存的幾個(gè)位置，以及最后總結(jié)了 Java 緩存中會(huì)遇到的問題。如果想對(duì)文章中的具體細(xì)節(jié)有更多的了解，請(qǐng)關(guān)注 w3cschool 或 編程獅APP。
