分布式緩存

分布式緩存將頻繁訪問的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存中。緩存的數(shù)據(jù)被分區(qū)到許多節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅存儲(chǔ)緩存數(shù)據(jù)的一部分。節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為鍵值對(duì)，其中每個(gè)鍵被確定性地分配給特定的分區(qū)或分片。當(dāng)客戶端請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，緩存系統(tǒng)從適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)檢索數(shù)據(jù)，減少了對(duì)后備存儲(chǔ)的負(fù)載。

有不同的分片策略，包括模數(shù)、基于范圍和一致性哈希。

模數(shù)分片

模數(shù)分片涉及將鍵分配給一個(gè)分片，該分片基于鍵的哈希值對(duì)分片總數(shù)取模。雖然這種策略很簡(jiǎn)單，但當(dāng)分片的數(shù)量增加或減少時(shí)，它可能導(dǎo)致許多緩存未命中。這是因?yàn)楫?dāng)池的大小調(diào)整時(shí)，大多數(shù)鍵將被重新分配到不同的分片中。

基于范圍的分片

基于范圍的分片根據(jù)預(yù)定義的鍵范圍將鍵分配給特定的分片。使用這種方法，系統(tǒng)可以將鍵空間分成特定的范圍，然后將每個(gè)范圍映射到特定的分片?；诜秶姆制瑢?duì)于某些業(yè)務(wù)場(chǎng)景非常有用，其中數(shù)據(jù)自然地分組或分區(qū)在特定的范圍內(nèi)，例如基于地理位置的數(shù)據(jù)或與特定客戶段相關(guān)的數(shù)據(jù)。

但是，這種方法也可能難以擴(kuò)展，因?yàn)榉制臄?shù)量是預(yù)定義的，不能輕松更改。更改分片的數(shù)量需要重新定義鍵范圍并重新映射數(shù)據(jù)。

一致性哈希

一致性哈希是一種廣泛使用的分片策略，提供比其他分片方法更好的負(fù)載平衡和容錯(cuò)能力。使用一致性哈希，鍵和節(jié)點(diǎn)都映射到固定大小的環(huán)上，使用哈希函數(shù)將每個(gè)鍵和節(jié)點(diǎn)分配到環(huán)上的位置。

當(dāng)請(qǐng)求一個(gè)鍵時(shí)，系統(tǒng)使用相同的哈希函數(shù)將鍵映射到環(huán)上的位置。然后，系統(tǒng)從該位置順時(shí)針遍歷環(huán)，直到到達(dá)第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)與該鍵相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。向系統(tǒng)添加或刪除節(jié)點(diǎn)僅需要重新映射以前存儲(chǔ)在受影響節(jié)點(diǎn)上的鍵，而不是重新分配所有鍵，使得使用有限的數(shù)據(jù)重新哈?？梢暂p松更改分片的數(shù)量。

緩存策略

在本文中，我們將深入分析各種緩存策略、它們的特點(diǎn)和適用的用例。

緩存策略可以根據(jù)它們處理讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)的方式進(jìn)行分類：

1.讀取策略：緩存旁路和讀取穿透2.寫入策略：寫入旁路、寫入穿透和寫入回寫

讀取策略

緩存旁路

緩存旁路，也稱為惰性加載，是一種流行的緩存策略，其中應(yīng)用程序直接與緩存和存儲(chǔ)系統(tǒng)通信。它遵循特定的讀取數(shù)據(jù)工作流程：

1.應(yīng)用程序從緩存請(qǐng)求一個(gè)鍵。2.如果在緩存中找到該鍵（緩存命中），則將數(shù)據(jù)返回給應(yīng)用程序。3.如果在緩存中未找到該鍵（緩存未命中），則應(yīng)用程序繼續(xù)從存儲(chǔ)中請(qǐng)求該鍵。4.存儲(chǔ)將數(shù)據(jù)返回給應(yīng)用程序。5.應(yīng)用程序?qū)㈡I和相應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入緩存以供將來讀取。

緩存旁路

緩存旁路是通用的，因?yàn)樗梢赃m應(yīng)各種用例，并且適應(yīng)讀取密集的工作負(fù)載。

優(yōu)點(diǎn)：

?系統(tǒng)可以容忍緩存故障，因?yàn)樗匀豢梢詮拇鎯?chǔ)中讀取。?緩存中的數(shù)據(jù)模型可以與存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)模型不同，為各種用例提供了靈活性。

缺點(diǎn)：

?應(yīng)用程序必須管理緩存和存儲(chǔ)，使代碼復(fù)雜化。?由于缺乏緩存和存儲(chǔ)上的原子操作，確保數(shù)據(jù)一致性是具有挑戰(zhàn)性的。

在使用緩存旁路時(shí)，必須考慮其他潛在的數(shù)據(jù)一致性問題。例如，如果將一條數(shù)據(jù)寫入緩存，并且之后更新了存儲(chǔ)中的值，則應(yīng)用程序只能從緩存中讀取過時(shí)的值，直到它被驅(qū)逐。解決此問題的一種方法是為每個(gè)緩存記錄設(shè)置可接受的生存時(shí)間（TTL），確保過時(shí)數(shù)據(jù)在一定時(shí)間后變得無效。對(duì)于更嚴(yán)格的數(shù)據(jù)新鮮度要求，應(yīng)用程序可以將緩存旁路與下面討論的寫入策略之一相結(jié)合。

讀取穿透

讀取穿透策略是另一種常見的緩存方法，其中緩存作為應(yīng)用程序和存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的中介，處理所有讀取請(qǐng)求。這種策略通過將數(shù)據(jù)檢索責(zé)任委托給緩存來簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的角色。讀取穿透特別適用于讀取密集的工作負(fù)載，并且通常用于緩存庫和一些獨(dú)立緩存提供程序中。讀取穿透的基本工作流程如下：

1.應(yīng)用程序請(qǐng)求從緩存讀取一個(gè)鍵。2.如果在緩存中找到該鍵（緩存命中），則將數(shù)據(jù)返回給應(yīng)用程序。3.如果在緩存中未找到該鍵（緩存未命中），則緩存從存儲(chǔ)中請(qǐng)求該鍵。4.緩存從存儲(chǔ)中檢索數(shù)據(jù)，將鍵和相關(guān)數(shù)據(jù)寫入緩存，并將數(shù)據(jù)返回給應(yīng)用程序。