本文主要介紹大型分布式系統(tǒng)中緩存的相關(guān)理論，常見的緩存組件以及應(yīng)用場景。

創(chuàng)新互聯(lián)是工信部頒發(fā)資質(zhì)IDC服務(wù)器商，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的BGP機(jī)房服務(wù)器托管服務(wù)

1 緩存概述

緩存概述

2 緩存的分類

緩存主要分為以下四類

緩存的分類

2.1 CDN緩存

基本介紹

CDN(Content Delivery Network 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò))的基本原理是廣泛采用各種緩存服務(wù)器，將這些緩存服務(wù)器分布到用戶訪問相對集中的地區(qū)或網(wǎng)絡(luò)中，在用戶訪問網(wǎng)站時(shí)，利用全局負(fù)載技術(shù)將用戶的訪問指向距離最近的工作正常的緩存服務(wù)器上，由緩存服務(wù)器直接響應(yīng)用戶請求

應(yīng)用場景

主要緩存靜態(tài)資源，例如圖片，視頻

應(yīng)用圖

未使用CDN緩存

使用CDN緩存

優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

2.2 反向代理緩存

基本介紹

反向代理位于應(yīng)用服務(wù)器機(jī)房，處理所有對WEB服務(wù)器的請求。

如果用戶請求的頁面在代理服務(wù)器上有緩沖的話，代理服務(wù)器直接將緩沖內(nèi)容發(fā)送給用戶。如果沒有緩沖則先向WEB服務(wù)器發(fā)出請求，取回?cái)?shù)據(jù)，本地緩存后再發(fā)送給用戶。通過降低向WEB服務(wù)器的請求數(shù)，從而降低了WEB服務(wù)器的負(fù)載。

應(yīng)用場景

一般只緩存體積較小靜態(tài)文件資源，如css、js、圖片

應(yīng)用圖

反向代理緩存應(yīng)用圖

開源實(shí)現(xiàn)

開源實(shí)現(xiàn)

2.3 本地應(yīng)用緩存

基本介紹

指的是在應(yīng)用中的緩存組件，其大的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用和cache是在同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)部，請求緩存非?？焖?，沒有過多的網(wǎng)絡(luò)開銷等，在單應(yīng)用不需要集群支持或者集群情況下各節(jié)點(diǎn)無需互相通知的場景下使用本地緩存較合適；

同時(shí)，它的缺點(diǎn)也是應(yīng)為緩存跟應(yīng)用程序耦合，多個(gè)應(yīng)用程序無法直接的共享緩存，各應(yīng)用或集群的各節(jié)點(diǎn)都需要維護(hù)自己的單獨(dú)緩存，對內(nèi)存是一種浪費(fèi)。

應(yīng)用場景

緩存字典等常用數(shù)據(jù)

緩存介質(zhì)

緩存介質(zhì)

實(shí)現(xiàn)

編程直接實(shí)現(xiàn)

編程直接實(shí)現(xiàn)

Ehcache

基本介紹

Ehcache是??一種基于標(biāo)準(zhǔn)的開源緩存，可提高性能，卸載數(shù)據(jù)庫并簡化可伸縮性。

它是使用最廣泛的基于Java的緩存，因?yàn)樗δ軓?qiáng)大，經(jīng)過驗(yàn)證，功能齊全，并與其他流行的庫和框架集成。Ehcache可以從進(jìn)程內(nèi)緩存擴(kuò)展到使用TB級(jí)緩存的混合進(jìn)程內(nèi)/進(jìn)程外部署

應(yīng)用場景

Ehcache應(yīng)用場景

Ehcache架構(gòu)圖

Ehcache架構(gòu)圖

Ehcache主要特征

Ehcache主要特征

Ehcache緩存數(shù)據(jù)過期策略

緩存數(shù)據(jù)過期策略.png

Ehcache過期數(shù)據(jù)淘汰機(jī)制

懶淘汰機(jī)制 ：每次往緩存放入數(shù)據(jù)的時(shí)候，都會(huì)存一個(gè)時(shí)間，在讀取的時(shí)候要和設(shè)置的時(shí)間做TTL比較來判斷是否過期

Guava Cache

2.4 分布式緩存

基本介紹

Guava Cache是Google開源的Java重用工具集庫Guava里的一款緩存工具

特點(diǎn)與功能

Guava Cache特點(diǎn)與功能.png

應(yīng)用場景

Guava Cache應(yīng)用場景.png

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

Guava Cache數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

Guava Cache結(jié)構(gòu)特點(diǎn).png

緩存更新策略

Guava Cache 緩存更新策略

緩存回收策略

Guava Cache緩存回收策略.png

2.4 分布式緩存

指的是與應(yīng)用分離的緩存組件或服務(wù)，其大的優(yōu)點(diǎn)是自身就是一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用，與本地應(yīng)用隔離，多個(gè)應(yīng)用可直接的共享緩存。

主要應(yīng)用場景

分布式緩存應(yīng)用場景.png

主要接入方式

分布式緩存接入方式.png

下面介紹分布式緩存常見的2大開源實(shí)現(xiàn)Memcached和Redis

Memcached

基本介紹

Memcached是一個(gè)高性能，分布式內(nèi)存對象緩存系統(tǒng)，通過在內(nèi)存里維護(hù)一個(gè)統(tǒng)一的巨大的hash表，它能夠用來存儲(chǔ)各種格式的數(shù)據(jù)，包括圖像、視頻、文件以及數(shù)據(jù)庫檢索的結(jié)果等。簡單的說就是將數(shù)據(jù)調(diào)用到內(nèi)存中，然后從內(nèi)存中讀取，從而大大提高讀取速度。

特點(diǎn)

Memcached特點(diǎn)

基本架構(gòu)

Memcached基本架構(gòu)

緩存數(shù)據(jù)過期策略

LRU（最近最少使用）到期失效策略 ，在Memcached內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，可以指定它在緩存的失效時(shí)間，默認(rèn)為永久。當(dāng)Memcached服務(wù)器用完分配的內(nèi)時(shí)，失效的數(shù)據(jù)被首先替換，然后也是最近未使用的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)淘汰內(nèi)部實(shí)現(xiàn)

懶淘汰機(jī)制 ：每次往緩存放入數(shù)據(jù)的時(shí)候，都會(huì)存一個(gè)時(shí)間，在讀取

的時(shí)候要和設(shè)置的時(shí)間做TTL比較來判斷是否過期

分布式集群實(shí)現(xiàn)

服務(wù)端并沒有 “ 分布式 ” 功能。每個(gè)服務(wù)器都是完全獨(dú)立和隔離的服務(wù)。 Memcached的分布式，是由客戶端程序?qū)崿F(xiàn)的

數(shù)據(jù)讀寫流程圖

Memcached分布式集群實(shí)現(xiàn)

Redis

基本介紹

Redis是一個(gè)遠(yuǎn)程內(nèi)存數(shù)據(jù)庫（非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫） ，性能強(qiáng)勁，具有復(fù)制特性以及解決問題而生的獨(dú)一無二的數(shù)據(jù)模型。它可以存儲(chǔ)鍵值對與5種不同類型的值之間的映射，可以將存儲(chǔ)在內(nèi)存的鍵值對數(shù)據(jù)持久化到硬盤，可以使用復(fù)制特性來擴(kuò)展讀性能，

Redis還可以使用客戶端分片來擴(kuò)展寫性能。內(nèi)置了 復(fù)制（replication），LUA腳本（Lua scripting），LRU驅(qū)動(dòng)事件（LRU eviction），事務(wù)（transactions） 和不同級(jí)別的 磁盤持久化（persistence）， 并通過 Redis哨兵（Sentinel）和自動(dòng)分區(qū)（Cluster）提供高可用性（high availability）。

數(shù)據(jù)模型

Redis數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)淘汰策略

Redis數(shù)據(jù)淘汰策略

數(shù)據(jù)淘汰內(nèi)部實(shí)現(xiàn)

Redis數(shù)據(jù)淘汰內(nèi)部實(shí)現(xiàn).png

持久化方式

Redis持久化方式

底層實(shí)現(xiàn)部分解析

啟動(dòng)的部分過程圖解

啟動(dòng)的部分過程

server端持久化的部分操作圖解

server端持久化的部分操作

底層哈希表實(shí)現(xiàn)(漸進(jìn)式Rehash)

初始化字典

初始化字典

新增字典元素圖解

新增字典元素圖解

Rehash執(zhí)行流程

Rehash執(zhí)行流程

緩存設(shè)計(jì)原則

Redis緩存設(shè)計(jì)原則.png

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Redis與Memcached比較

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