系统设计 - 我们如何通俗的理解那些技术的运行原理 - 第三部分：缓存

2023-12-13 03:43:33

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系统设计 - 我们如何通俗的理解那些技术的运行原理 - 第三部分：缓存

编辑：简简单单 Online zuozuo
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前言

我们使用视觉效果和简单术语来解释复杂的系统是如何运转的，帮助我们理解技术细节

我们使用视觉效果和简单术语来解释复杂的系统是如何运转的，帮助我们理解技术细节

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缓存数据存储在什么地方

该图说明了，我们在典型架构设计中，缓存存放的位置

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图层说明

有多个图层

  1. 客户端应用：浏览器可以缓存 HTTP 响应。我们第一次通过 HTTP 请求数据，并在 HTTP 标头中返回过期策略;我们再次请求数据，客户端应用首先尝试从浏览器缓存中检索数据。
  2. CDN：CDN 缓存静态 Web 资源。客户端可以从附近的 CDN 节点检索数据。
  3. 负载均衡器：负载均衡器也可以缓存资源。
  4. 消息传递基础结构：消息代理首先将消息存储在磁盘上，然后使用者按照自己的节奏检索它们。根据保留策略，数据会在 Kafka 集群中缓存一段时间。
  5. 服务：服务中有多个缓存层。如果数据未缓存在 CPU 缓存中，则服务将尝试从内存中检索数据。有时，服务具有二级缓存来在磁盘上存储数据。
  6. 分布式缓存：像 Redis 这样的分布式缓存在内存中保存多个服务的键值对。它提供了比数据库更好的读/写性能。
  7. 全文搜索：我们有时需要使用全文搜索（如弹性搜索）进行文档搜索或日志搜索。数据副本也会在搜索引擎中编制索引。
  8. 数据库：即使在数据库中，我们也有不同级别的缓存：
  • WAL（预写日志）：在构建 B 树索引之前先将数据写入 WAL
  • 缓冲池：分配给缓存查询结果的内存区域
  • 物化视图：预先计算查询结果并将其存储在数据库表中，以提高查询性能
  • 事务日志：记录所有事务和数据库更新
  • 复制日志：用于记录数据库集群中的复制状态

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为什么 Redis 这么快？

为什么 Redis 这么快？有如图所示的三个原因

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  1. Redis 是一个基于 RAM 的数据存储。RAM 访问至少比随机磁盘访问快 1000 倍。
  2. Redis 利用 IO 多路复用和单线程执行循环来提高执行效率。
  3. Redis 利用了几种高效的低级数据结构

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如何使用 Redis

如图所示

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Redis 不仅仅是缓存。

Redis 可用于各种方案，如图所示。

  1. 会话 : 我们可以使用 Redis 在不同服务之间共享用户会话数据。
  2. 缓存 : 我们可以使用 Redis 来缓存对象或页面，尤其是热点数据。
  3. 分布式锁 : 我们可以使用 Redis 字符串来获取分布式服务之间的锁。
  4. 计数器 : 我们可以计算文章有多少喜欢或多少阅读。
  5. 速率限制器 : 我们可以为某些用户 IP 应用速率限制器。
  6. 全局 ID 生成器 : 我们可以将 Redis Int 用于全局 ID。
  7. 购物车 : 我们可以使用 Redis 哈希来表示购物车中的键值对。
  8. 计算用户留存率 : 我们可以使用位图来表示用户每天的登录并计算用户留存率。
  9. 消息队列 : 我们可以将 List 用于消息队列。
  10. 排名 : 我们可以使用 ZSet 对文章进行排序。

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顶级缓存策略

设计大型系统通常需要仔细考虑缓存。 以下是五种经常使用的缓存策略

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弘扬爱国精神

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