Java緩存技術的介紹

一、什麼是緩存

1、Cache是高速緩衝存儲器 一種特殊的存儲器子系統，其中複製了頻繁使用的數據以利於快速訪問

2、凡是位於速度相差較大的兩種硬體/軟體之間的，用於協調兩者數據傳輸速度差異的結構，均可稱之為 Cache

二、緩存的分類

1、基於web應用的系統架構圖

2、在系統架構的不同層級之間，為了加快訪問速度，都可以存在緩存

• 操作系統磁碟緩存->減少磁碟機械操作

• 資料庫緩存->減少文件系統I/O

• 應用程序緩存->減少對資料庫的查詢

• Web伺服器緩存->減少應用伺服器請求

• 客戶端瀏覽器緩存->減少對網站的訪問

三、操作系統緩存

1、文件系統提供的Disk Cache：操作系統會把經常訪問到的文件內容放入到內存當中，由文件系統來管理

2、當應用程序通過文件系統訪問磁碟文件的時候，操作系統從Disk Cache當中讀取文件內容，加速了文件讀取速度

3、Disk Cache由操作系統來自動管理，一般不用人工干預，但應當保證物理內存充足，以便於操作系統可以使用盡量多的內存充當Disk Cache，加速文件讀取速度

4、特殊的應用程序對文件系統Disk Cache有很高的要求，會繞開文件系統Disk Cache，直接訪問磁碟分區，自己實現Disk

5、Cache策略

• Oracle的raw device(裸設備) – 直接拋棄文件系統

• MySQL的InnoDB： innodb_flush_method = O_DIRECT

1、重要性

• 資料庫通常是企業應用系統最核心的部分

• 資料庫保存的數據量通常非常龐大

• 資料庫查詢操作通常很頻繁，有時還很複雜

• 以上原因造成資料庫查詢會引起非常頻繁的磁碟I/O讀取操作，迫使CPU掛起等待，資料庫性能極度低下

2、緩存策略

a、Query Cache

• 以SQL作為key值緩存查詢結果集

• 一旦查詢涉及的表記錄被修改，緩存就會被自動刪除

• 設置合適的Query Cache會極大提高資料庫性能

• Query Cache並非越大越好，過大的Qquery Cache會浪費內存。

• MySQL: query_cache_size= 128M

b、Data Buffer

• data buffer是資料庫數據在內存中的容器

• data buffer的命中率直接決定了資料庫的性能

• data buffer越大越好，多多益善

• MySQL的InnoDB buffer：innodb_buffer_pool_size = 2G

• MySQL建議buffer pool開大到伺服器物理內存60-80%

五、應用程序緩存

1、對象緩存

• 由O/R Mapping框架例如Hibernate提供，透明性訪問，細顆粒度緩存資料庫查詢結果，無需業務代碼顯式編程，是最省事的緩存策略

• 當軟體結構按照O/R Mapping框架的要求進行針對性設計，使用對象緩存將會極大降低Web系統對於資料庫的訪問請求

• 良好的設計資料庫結構和利用對象緩存，能夠提供極高的性能，對象緩存適合OLTP（聯機事務處理）應用

2、查詢緩存

• 對資料庫查詢結果集進行緩存，類似資料庫的Query Cache

• 適用於一些耗時，但是時效性要求比較低的場景。查詢緩存和對象緩存適用的場景不一樣，是互為補充的

• 當查詢結果集涉及的表記錄被修改以後，需要注意清理緩存

3、頁面緩存

a、作用

• 針對頁面的緩存技術不但可以減輕資料庫伺服器壓力，還可以減輕應用伺服器壓力

• 好的頁面緩存可以極大提高頁面渲染速度

• 頁面緩存的難點在於如何清理過期的緩存

b、分類

I、動態頁面靜態化

• 利用模板技術將訪問過一次的動態頁面生成靜態html，同時修改頁面鏈接，下一次請求直接訪問靜態鏈接頁面

• 動態頁面靜態化技術的廣泛應用於互聯網CMS/新聞類Web應用，但也有BBS應用使用該技術，例如Discuz!

• 無法進行許可權驗證，無法顯示個性化信息

• 可以使用AJAX請求彌補動態頁面靜態化的某些缺點

II、Servlet緩存

• 針對URL訪問返回的頁面結果進行緩存，適用於粗粒度的頁面緩存，例如新聞發布

• 可以進行許可權的檢查

• OScache提供了簡單的Servlet緩存(通過web.xml中的配置)

• 也可以自己編程實現Servlet緩存

III、頁面內部緩存

• 針對動態頁面的局部片斷內容進行緩存，適用於一些個性化但不經常更新的頁面(例如博客)

• OSCache提供了簡單的頁面緩存

• 可以自行擴展JSP Tag實現頁面局部緩存

• 基於代理伺服器模式的Web伺服器端緩存，如squid/nginx

• Web伺服器緩存技術被用來實現CDN（內容分發網路 content delivery network）

• 被國內主流門戶網站大量採用

• 不需要編程，但僅限於新聞發布類網站，頁面實時性要求不高

七、基於ajax的瀏覽器緩存

• 使用AJAX調用的時候，將資料庫在瀏覽器端緩存

• 只要不離開當前頁面，不刷新當前頁面，就可以直接讀取緩存數據

• 只適用於使用AJAX技術的頁面

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