什么是緩存？

緩存就像是一個超快速的存儲區域，保存了計算機或手機經常使用的內容的副本，這樣可以在不訪問較慢的主存儲器的情況下快速獲取。

一個現實中的例子可以是，每當我們購買雜貨時，通常會傾向于大量購買，這樣可以讓雜貨多存放一段時間，避免頻繁去市場購買，這其實就是將雜貨緩存在我們附近，而不是每次都從市場購買。

在系統設計中，如果緩存得當，它可以顯著提升系統的性能。

緩存策略取決于數據訪問模式，即數據是如何讀取或寫入的。例如：

• 系統是讀取密集型還是寫入密集型？
• 系統是否需要高一致性？

等等……

因此，選擇正確的寫入緩存策略非常關鍵，下面是一些不同的緩存策略：

1. 緩存旁路（懶加載）

在這種設置中，應用程序緩存被分離出來，應用程序顯式地與緩存和數據庫一起工作。這是一種技術，應用程序代碼負責管理緩存。當需要時，應用程序會將數據顯式加載到緩存中，而緩存不會主動參與數據獲取。

緩存旁路

該圖示了其工作原理。

使用場景：

適用于讀取密集型系統，Redis 或 Memcached 非常受歡迎，我曾經在緩存旁路設置中使用過 Redis 以及 Mongo-db，效果非常顯著。

這種讀取技術可以與諸如寫入旁路緩存之類的數據寫入技術相結合，我接下來會解釋。

優點：

• 靈活性：允許選擇性緩存特定數據。
• 控制：應用程序控制數據何時加載到緩存中。

缺點：

• 提供過期數據：可能會提供過期數據，但如果我們實現了緩存的TTL（生存時間），則可以避免這種情況。

2. 寫入旁路

跳過緩存，直接將數據寫入數據庫，并在讀取用戶請求的數據時更新緩存。

使用場景：

寫入旁路可以與讀取通過結合，對于數據寫入一次，讀取頻率較低或幾乎不讀取的情況下提供良好的性能，例如實時日志或聊天室消息。同樣，這種模式也可以與緩存旁路結合使用。

3. 讀取穿透緩存

讀取穿透緩存是一種策略，當發生緩存未命中時，緩存會自動從底層數據源檢索數據并填充自身。這種技術與應用程序的數據訪問層無縫集成，確保緩存與數據源保持同步。

讀取穿透緩存

使用場景、優點和缺點：

讀取穿透緩存適用于讀取密集的工作負載，當同一數據被多次請求時。例如，一個新博客。缺點是，當首次請求數據時，總是會導致緩存未命中，并造成額外的數據加載開銷。

4. 寫入穿透緩存

寫入穿透緩存是一種策略，其中寫操作同時應用于緩存和底層數據源。這確保了緩存和數據源保持同步，但與寫入后緩存相比可能會引入額外的延遲。它同步應用更新。

使用場景、優點和缺點：

當與讀取穿透緩存結合時，寫入穿透緩存可以保證每次讀取和寫入的數據一致性。但它會增加寫操作的額外開銷，因為每次寫入都需要兩次寫入操作（緩存和數據庫）。它以異步方式應用更新。

5. 寫入后緩存

寫入后緩存，也稱為寫回緩存，涉及在寫操作發生時延遲對數據源的更新。系統不會立即更新底層存儲，而是首先更新緩存，然后異步將更改傳播到數據源。

使用場景、優點和缺點：

寫回緩存提高了寫入性能，非常適用于寫入密集型任務。當與讀取穿透結合時，適用于混合工作負載，確保最近的數據可用。

總結：

本文探討了緩存技術，強調了根據數據訪問模式選擇正確策略的重要性。了解這些緩存策略對于在不同場景中優化系統性能至關重要。