多级缓存设计和实战应用 多层次缓存设计和实际应用

多级缓存设计和实战应用

为网友解答多级缓存设计和实战应用方面的讲解，接下来就是全面介绍。

生活场景

星期天的上午，布布和一二在家里畅谈人生，突然觉得生活太乏味，一二提出要去吃一碗新鲜的麻辣烫。

于是他们来到一家当地有名的麻辣烫店。

刚进门，店里摆放了一个自助取餐具柜。

当时排队人数较多，如果大家都从取餐柜中拿餐盘，每个人都需要开一次柜取一个。

这样开柜门、关柜门都需要消耗不必要的时间。但是当我们把餐具摆到外边，大家随手可以获取。

这样可以避免频繁的开关柜门，从而节省很多时间。过程描述如下：

1. 顾客从外放的餐具处拿餐具（缓存）
2. 如果外放餐具没有，服务员从餐柜拿出一摞补充到原来位置（从磁盘加载到内存，避免频繁I/O）
3. 如果服务员比较忙，顾客自助从取餐柜拿餐具（磁盘）

缓存设计模型

先不深入理解缓存设计的深层原理，我们先从这个生活例子抽象出一个简易的缓存设计模型：

在计算机领域，关于磁盘、内存、缓存、I/O的概念

1. 磁盘（Disk）：
   • 是什么：就像电脑的大型存储仓库，用于持久保存数据。
   • 怎么玩：数据在磁盘上存储并可以长期保存，即使电脑关闭也不会丢失。
   • 举栗子：就像一个大衣柜，你可以把不经常用的东西放在那里，随时取出。
2. 内存（Memory）：
   • 是什么：类似于电脑的短期记忆，用于存储当前正在使用的程序和数据。
   • 怎么玩：数据在内存中存储，电脑运行时会迅速读取和写入，但一旦关闭电脑，内存就会被清空。
   • 举栗子：就像桌子上的工作空间，学习工作时放东西，工作完把东西收拾带走。
3. 缓存（Cache）：
   • 是什么：一种更小但更快速的存储，用于临时存储经常访问的数据，以提高计算机的性能。
   • 怎么玩：缓存存储了最常用的数据，使得计算机能够更快速地获取信息。
   • 举栗子：就像你桌子上的备忘录，记录着你最常用的信息，不用每次都去找。
4. I/O（Input/Output）：
   • 是什么：涉及计算机与外部世界之间的数据传输，包括输入（从外部获取数据）和输出（向外部发送数据）。
   • 怎么玩：例如，从磁盘读取文件（输入）或将数据显示在屏幕上（输出）。
   • 举栗子：就像你从书上读取信息（输入），或者将你的想法写在纸上（输出）。

小结

综上，我们对缓存有了概念上的理解。在实战项目中，不同的系统承载的流量有所不同，峰值状态：几万、几十万、几百万、亿级流量都有可能。

缓存设计就是是为了避免频繁I/O、提高吞吐量、增强系统性能。

接下来，我们逐一探究实际项目实战链路中，都会用到那些缓存设计来提高系统性能？

传统缓存设计

传统的缓存策略一般是请求到达Tomcat后，先查询Redis，如果未命中则查询数据库，如图：

存在下面的问题：

• 请求要经过Tomcat处理，Tomcat的性能成为整个系统的瓶颈
• Redis缓存失效时，会对数据库产生冲击

多级缓存

什么是多级缓存？

多级缓存就是充分利用请求处理的每个环节，分别添加缓存，减轻Server端压力，提升服务性能。

如图，是多级缓存架构基本组成：