緩存專題

（網(wǎng)站性能優(yōu)化第一定律：優(yōu)先考慮使用緩存優(yōu)化性能）

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緩存的基本原理：緩存是指將數(shù)據(jù)存儲在相對較高訪問速度的存儲介質(zhì)中，以供系統(tǒng)處理。

緩存的本質(zhì)：緩存是一個內(nèi)存Hash表。網(wǎng)站應(yīng)用中，數(shù)據(jù)緩存以一對鍵值對（Key、Value）的形式存儲在內(nèi)存Hash表中。

計算KV對中key的HashCode對應(yīng)的Hash表索引，可以快速訪問Hash表中的數(shù)據(jù)。（許多語言支持獲取任意對象的HashCode，可以把HashCode理解為對象的唯一標識符）

Java中HashCode方法包含在根對象Object中，其返回值是一個Int。然后通過Hashcode 計算Hash表的索引下標，最簡單的是余數(shù)法，使用Hash表數(shù)組長度對Hashcode求余，余數(shù)即Hash表索引，

使用該索引可以直接訪問得到Hash表中存儲的KV對，如下圖（數(shù)值僅供參考）。

緩存的基本概念：緩存是將程序或系統(tǒng)經(jīng)常要調(diào)用的對象存在內(nèi)存中，以便其使用時可以快速調(diào)用，不必再去創(chuàng)建新的重復(fù)的實例。這樣做可以減少系統(tǒng)開銷，提高系統(tǒng)效率。

緩存的作用：用于存放讀寫比很高、很少變化的數(shù)據(jù)。   如商品的類目信息，熱門詞的搜索列表，熱門商品等。應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)時，先讀取緩存，如果讀取不到或數(shù)據(jù)已失效，再訪問數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)寫入緩存

網(wǎng)站數(shù)據(jù)訪問通常遵循二八定律，80%的訪問落在20%的數(shù)據(jù)上，因此利用Hash表和內(nèi)存的高速訪問特性，將這20%的數(shù)據(jù)緩存起來，可很好的改善系統(tǒng)的性能，提高數(shù)據(jù)的讀取速度，降低存儲訪問壓力。

使用緩存應(yīng)注意的問題：

1. 頻繁修改的數(shù)據(jù)不應(yīng)存入緩存，一般來說讀寫比在2:1以上才有使用緩存的意義，因為頻繁修改的數(shù)據(jù)如果存入緩存，會出現(xiàn)應(yīng)用還來不及讀取，數(shù)據(jù)就已經(jīng)失效的情況，這樣會增加系統(tǒng)負擔。

2. 沒有熱點的訪問。內(nèi)存資源寶貴而有限，不可能把所有數(shù)據(jù)都緩存起來，只能將最新訪問的數(shù)據(jù)及熱門的數(shù)據(jù)緩存起來，把歷史數(shù)據(jù)清理出緩存。

3. 數(shù)據(jù)不一致與臟讀。一般會對緩存的數(shù)據(jù)設(shè)置失效時間，一旦超過失效時間，就要從數(shù)據(jù)庫重新加載，因此要容忍一定時間的數(shù)據(jù)不一致

緩存可用性：

緩存是為了提高數(shù)據(jù)訪問性能的，緩存數(shù)據(jù)丟失或緩存不可用不會影響到程序的處理--它可以直接從數(shù)據(jù)庫中獲取。但隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，緩存會承擔大部分的數(shù)據(jù)訪問壓力，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)習(xí)慣了有緩存的日子，一旦緩存不可用（緩存服務(wù)奔潰），數(shù)據(jù)庫會因為不能承擔如此大的壓力而宕機，進而導(dǎo)致整個網(wǎng)站不可用，這種情況被稱為緩存雪崩。 實踐中可以通過緩存熱備等手段提高緩存的可用性，當某臺緩存服務(wù)器宕機時，將緩存訪問切換到熱備服務(wù)器上，但這樣有違緩存的初衷。更多的是通過分布式緩存服務(wù)器集群，將緩存數(shù)據(jù)分布到集群多臺服務(wù)器上可一定程度上改善緩存的可用性

緩存預(yù)熱（Warm Up）：

緩存存放的是熱點數(shù)據(jù)，熱點數(shù)據(jù)又是緩存系統(tǒng)通過LRU（最近最久未用）算法對不斷訪問的數(shù)據(jù)篩選淘汰出來的，這個過程需花費較長的時間。新啟動的緩存系統(tǒng)，如果沒有任何數(shù)據(jù)，在重建緩存數(shù)據(jù)的過程中，系統(tǒng)的性能及數(shù)據(jù)庫的負載都不太好，

那么最好在緩存系統(tǒng)啟動時就把熱點數(shù)據(jù)加載好，這個緩存預(yù)加載手段叫作緩存預(yù)熱。對于一些元數(shù)據(jù)如城市列表、類目信息，可以在啟動時加載數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)到緩存進行預(yù)熱。

緩存穿透：

如果因為不恰當?shù)臉I(yè)務(wù)、或者惡意***持續(xù)高并發(fā)地請求某個不存在的數(shù)據(jù)，由于緩存沒有存儲該數(shù)據(jù)，所有的請求都會落到數(shù)據(jù)庫上，會對數(shù)據(jù)庫造成很大的壓力，甚至崩潰。一個簡單的對策是將不存在的數(shù)據(jù)也緩存起來（其value值為null）。

緩存主要可分為二大類:

    一、通過文件緩存,顧名思義文件緩存是指把數(shù)據(jù)存儲在磁盤上，不管你是以XML格式，序列化文件DAT格式還是其它文件格式； 

    二、內(nèi)存緩存，也就是實現(xiàn)一個類中靜態(tài)Map,對這個Map進行常規(guī)的增刪查. 

分布式緩存架構(gòu):

分布式緩存指緩存部署在多個服務(wù)器組成的集群中，以集群方式提供緩存服務(wù)。

其架構(gòu)方式有兩種：

  一、以JBoss Cache為代表的需要更新同步的分布式緩存

  二、以Memcached為代表的不互相通信的分布式緩存。

JBoss Cache的分布式緩存在集群中所有服務(wù)器中保存相同的緩存數(shù)據(jù)，當某臺服務(wù)器由緩存數(shù)據(jù)更新的時候，會通知集群中其他機器更新緩存數(shù)據(jù)或清除緩存數(shù)據(jù)。JBoss Cache通常將應(yīng)用程序和緩存部署在同一臺服務(wù)器上，應(yīng)用程序可以從本地快速獲取緩存數(shù)據(jù)，但是這種方式帶來的問題是緩存數(shù)據(jù)的數(shù)量受限于單一服務(wù)器的內(nèi)存空間，而且當集群規(guī)模較大的時候，緩存更新信息需要同步到集群所有機器上，其代價驚人，因而這種方式更多見于企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中，而很少在大型網(wǎng)站中使用。

大型網(wǎng)站需要緩存的數(shù)據(jù)量一般都很龐大，可能會需要數(shù)TB的內(nèi)存做緩存，這時候就需要另一種分布式緩存---Memcached，

它采用一種集中式的緩存集群管理，也被稱作互不通信的分布式架構(gòu)方式。緩存與應(yīng)用分離部署，緩存系統(tǒng)部署在一組專門的服務(wù)器上，應(yīng)用程序通過一致性Hash等路由算法選擇緩存服務(wù)器遠程訪問緩存數(shù)據(jù)，緩存服務(wù)器之間不通信，緩存集群的規(guī)模可以很容易的實現(xiàn)擴容，具有良好的可伸縮性。

文章名稱：緩存專題
轉(zhuǎn)載源于：http://www.muchs.cn/article22/gdgojc.html

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