如何用好缓存？全面梳理（第一篇）

我们做为研发同学，经常会接到各种需求或项目，除了保证业务功能实现外，还会关注一个重要的指标，就是系统性能。如果一个系统发布上线后，扛不住一定的流量，很难得到客户的满意。

如何提升系统性能，有几种方式，做个简单回顾：

• 复杂的事情简单化，将一个大的业务域拆分成若干子域，并借助DDD的思想指导落地一系列的微服务，系统间通过RPC完成调用。微服务无状态化，理论支持无限级扩容。
• 从RT入手，RT=work time+wait time。借助MQ框架，将非核心流程异步化，缩短RT，进而提升系统的并发数。
• 数据层面，按业务域对数据库垂直拆分，读写分离、分库分表。
• 还有一种就是我们今天要讲的缓存

性能不够，缓存来凑。对于一个典型的互联网应用来讲，使用缓存可以解决绝大部分的性能问题，如果需要优化软件性能，那么可以优先考虑哪里可以使用缓存改善性能。“周期短、见效快”

计算机最核心两部分：计算（飞机）、存储（蜗牛）。木桶原理，整体性能由短板决定。针对速度相差较大的两种硬件，引入组件，协调两者数据传输速度的差异，称之为缓存!!! 如：CPU（1级、2级、3级）

复制两层含义：一种数据的直接拷贝镜像，数据异构；另一种原始数据二次加工，合、拆、转换。通过空间换时间，提升性能。

为什么使用缓存？性能角度，TPS：mysql（2K），redis(10W+)

微博Feed流、微信朋友圈，数据有热点属性，读占80%的流量。搜索不太适合，每个人的搜索词不同，效果不明显。

计算 y = F(x) 非常复杂，中间涉及很多步骤，发生了一系列的存储访问请求。如：一个直播需要在首页展示当前有多少用户同时在线，如果使用 MySQL 来存储当前用户状态，则每次获取这个总数都要“count(*)”大量数据，这样的操作无论怎么优化 MySQL，性能都不会太高。如果要实时展示用户同时在线数，则 MySQL 性能无法支撑。实时的可以借助Spark 、Flink。

命中率。系统 QPS 是 10000/s，每次调用会访问 10 次缓存或数据库，命中率减少 1%，数据库每秒就会增加 10000 * 10 * 1% = 1000 次请求。

注意：缓存并非银弹，需要接受一定时间区间内的数据不一致（最终一致性）

一般来说，我们都会在数据首次被访问的时候，顺便把这条数据放到缓存中。随着访问的数据越来越多，总有把缓存占满的时刻，这个时候就需要把缓存中的一些数据删除掉，以便存放新的数据，这个过程称为缓存置换。

• LRU，最近最少使用原则，如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高。可能“挖坟”现象。爬虫，冷数据，而程序会把这些数据加入到缓存中去，而导致缓存中那些真实的热点数据被挤出去。
• LFU，最近最不常用原则，关键是看一段时间内被使用的频率，淘汰一定时期内被访问次数最少的。有的文档可能有很高的使用频率，但之后不会用到。LFU无法剔除这类数据，导致“缓存污染”。
• SIZE，替换占用空间最大的对象，28原则效果。而不是淘汰小对象，导致“缓存污染”
• LRU-Threshold,不缓存超过某一size的对象，其他与LRU相同。
• FIFO，先进先出，当空间满了，队列头部的对象会被踢出，新对象加到队尾。

缓存还是挺费钱的。像阿里云 8节点16G集群版，1年要近2W块钱。缓存还无法做到像磁盘那样廉价，考虑ROI 性价比，数据淘汰策略显得很重要。

缓存无处不在，我们来看下常见的几种缓存

• 浏览器缓存。这个前端接触比较多一些。浏览器都是基于http协议传输数据的。有5类状态码，其中有一个304状态码。Last-Modified 、Etag。减少网络传输数据，省带宽。
• 静态页面缓存。静态缓存在 Web 1.0 时期是非常出名，它一般通过生成 Velocity 模板或者静态 HTML 文件，放置在nginx或squid等web服务器，这样用户在访问的时候会优先访问 Web 服务器上的静态页面，在一些门户网站，使用的较多。现在更多是动静结合的方式，将页面中低频变化的元素剥离出来，提前渲染静态页面，比如商详，动态数据通过ajax实时从后端计算获取，从而减轻像tomcat、weblogic等后台应用服务器的压力。
• APP缓存。刷抖音，流畅。其实播放器中有缓存组件，在播第一个视频时，后台静默线程已经将第二、三个视频提前缓存在本地。秒开。网络差的环境特别明显。
• 应用级缓存。本地缓存（Guava、Caffieine、Ehcache、ConcurrentHashMap）、分布式缓存（ Memcache、Redis）

本地缓存直接访问进程所属内存，不需要跨网络调度，避免网络交互带来的性能损耗，速度快

缓存内容不会改变。因为对多实例服务器来讲，当数据源更新后，每个单机很难感知，维护成本高。发布订阅模式

时效性要求低。能接受一定的延迟，设置较短过期时间，被动失效保持数据的新鲜度

注意事项：

• 控制数据条数，避免内存占用过多导致OOM，应用瘫痪。
• 数据时效性，写入后多久有效
• 实现简单，但潜在的坑比较多，选择成熟的开源框架，如 Guava Cache、Caffeine、Ehcache

全文共三篇，未完待续。。。