缓存：系统设计中至关重要的一环

什么是缓存？

缓存就像是一个超快速的存储区域，保存了计算机或手机经常使用的内容的副本，这样可以在不访问较慢的主存储器的情况下快速获取。

一个现实中的例子可以是，每当我们购买杂货时，通常会倾向于大量购买，这样可以让杂货多存放一段时间，避免频繁去市场购买，这其实就是将杂货缓存在我们附近，而不是每次都从市场购买。

在系统设计中，如果缓存得当，它可以显著提升系统的性能。

缓存策略取决于数据访问模式，即数据是如何读取或写入的。例如：

• 系统是读取密集型还是写入密集型？
• 系统是否需要高一致性？

等等……

因此，选择正确的写入缓存策略非常关键，下面是一些不同的缓存策略：

1. 缓存旁路（懒加载）

在这种设置中，应用程序缓存被分离出来，应用程序显式地与缓存和数据库一起工作。这是一种技术，应用程序代码负责管理缓存。当需要时，应用程序会将数据显式加载到缓存中，而缓存不会主动参与数据获取。

缓存旁路

该图示了其工作原理。

使用场景：

适用于读取密集型系统，Redis 或 Memcached 非常受欢迎，我曾经在缓存旁路设置中使用过 Redis 以及 Mongo-db，效果非常显著。

这种读取技术可以与诸如写入旁路缓存之类的数据写入技术相结合，我接下来会解释。

优点：

• 灵活性：允许选择性缓存特定数据。
• 控制：应用程序控制数据何时加载到缓存中。

缺点：

• 提供过期数据：可能会提供过期数据，但如果我们实现了缓存的TTL（生存时间），则可以避免这种情况。

2. 写入旁路

跳过缓存，直接将数据写入数据库，并在读取用户请求的数据时更新缓存。

使用场景：

写入旁路可以与读取通过结合，对于数据写入一次，读取频率较低或几乎不读取的情况下提供良好的性能，例如实时日志或聊天室消息。同样，这种模式也可以与缓存旁路结合使用。

3. 读取穿透缓存

读取穿透缓存是一种策略，当发生缓存未命中时，缓存会自动从底层数据源检索数据并填充自身。这种技术与应用程序的数据访问层无缝集成，确保缓存与数据源保持同步。

读取穿透缓存

使用场景、优点和缺点：

读取穿透缓存适用于读取密集的工作负载，当同一数据被多次请求时。例如，一个新博客。缺点是，当首次请求数据时，总是会导致缓存未命中，并造成额外的数据加载开销。

4. 写入穿透缓存

写入穿透缓存是一种策略，其中写操作同时应用于缓存和底层数据源。这确保了缓存和数据源保持同步，但与写入后缓存相比可能会引入额外的延迟。它同步应用更新。

使用场景、优点和缺点：

当与读取穿透缓存结合时，写入穿透缓存可以保证每次读取和写入的数据一致性。但它会增加写操作的额外开销，因为每次写入都需要两次写入操作（缓存和数据库）。它以异步方式应用更新。

5. 写入后缓存

写入后缓存，也称为写回缓存，涉及在写操作发生时延迟对数据源的更新。系统不会立即更新底层存储，而是首先更新缓存，然后异步将更改传播到数据源。

使用场景、优点和缺点：

写回缓存提高了写入性能，非常适用于写入密集型任务。当与读取穿透结合时，适用于混合工作负载，确保最近的数据可用。

总结：

本文探讨了缓存技术，强调了根据数据访问模式选择正确策略的重要性。了解这些缓存策略对于在不同场景中优化系统性能至关重要。