java项目缓存技术

水深无声 2024-04-17 14:34 2阅读 0赞

[https://blog.csdn.net/baidu\_33497625/article/details/50801571][https_blog.csdn.net_baidu_33497625_article_details_50801571]

# **一、什么是缓存** #

1、Cache是高速缓冲存储器 一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据以利于快速访问  
2、凡是位于速度相差较大的两种硬件/软件之间的，用于协调两者数据传输速度差异的结构，均可称之为 Cache

# **二、缓存的分类** #

1、基于web应用的系统架构图

[![format_png][]][format_png 1]

2、在系统架构的不同层级之间，为了加快访问速度，都可以存在缓存

*  操作系统磁盘缓存->减少磁盘机械操作
 *  数据库缓存->减少文件系统I/O
 *  应用程序缓存->减少对数据库的查询 
 *  Web服务器缓存->减少应用服务器请求
 *  客户端浏览器缓存->减少对网站的访问

# **三、操作系统缓存** #

1、文件系统提供的Disk Cache：操作系统会把经常访问到的文件内容放入到内存当中，由文件系统来管理  
2、当应用程序通过文件系统访问磁盘文件的时候，操作系统从Disk Cache当中读取文件内容，加速了文件读取速度  
3、Disk Cache由操作系统来自动管理，一般不用人工干预，但应当保证物理内存充足，以便于操作系统可以使用尽量多的内存充当Disk Cache，加速文件读取速度  
4、特殊的应用程序对文件系统Disk Cache有很高的要求，会绕开文件系统Disk Cache，直接访问磁盘分区，自己实现Disk   
5、Cache策略

*  Oracle的raw device(裸设备) – 直接抛弃文件系统
 *  MySQL的InnoDB： innodb\_flush\_method = O\_DIRECT

## 3.1 高速缓存cache ##

cache位于cpu和主存储器间的高速小容量存储器，由静态存储信片SRAM组成，接近cpu的速度。cache可以大幅度提升cpu内部读取数据的命中率，从而提高系统的性能。

通过由以下方面组成：

联想存储器：根据内容进行寻址的存储器，只存在部分信息，根据内容进行检索；

地址转换部件：通过联想模块简历的目录表以实现快速地址转换。命中直接访问cache。未命中从内存读取放入cache。

替换部件：在缓存已满时，按一定策略进行数据块替换（先进先出FIFO、最近最少用LRU、随机替换、最不常用LFU），并修改地址转换部件。

### 1）cache一致性问题 ###

*  对cache进行更新时，存在cache与主存如何保持一致的问题；
 *  多个设备访问主存，IO可直接读写内存，如果cache内容被修改，则IO设备读出对应主存单元的内容无效。弱IO修改了主存单元，则cache无效；
 *  多个cpu带各自的cache而共享主存，某个cpu修改了自身的cache，则对应的主存单元和其他的cpu中对应的内容都变为无效。

### 2）解决方法 ###

关键在于处理好写操作

全写法write Through（通写法、写直达法、直写法）：若写命中九同时写cache和主存；若写不命中，1）写分配：先写主存块中更新相应的存储空间，然后再分配cache行，更新主存块九装入cache行，利用空间的局部性，每次不命中都要从主存读一个块；2）非全写分配：直接写主存单元，不把主内存快装入cache。

回写法write back一次性写方式、写回法：只写cache不写主存，但是控制复杂。

#    **四、数据库缓存** #

1、重要性

*  数据库通常是企业应用系统最核心的部分
 *  数据库保存的数据量通常非常庞大
 *  数据库查询操作通常很频繁，有时还很复杂
 *  以上原因造成数据库查询会引起非常频繁的磁盘I/O读取操作，迫使CPU挂起等待，数据库性能极度低下

2、缓存策略  
     a、Query Cache

*   *  以SQL作为key值缓存查询结果集
     *  一旦查询涉及的表记录被修改，缓存就会被自动删除
     *  设置合适的Query Cache会极大提高数据库性能
     *  Query Cache并非越大越好，过大的Qquery Cache会浪费内存。
     *  MySQL: query\_cache\_size= 128M

b、Data Buffer

*   *  data buffer是数据库数据在内存中的容器
     *  data buffer的命中率直接决定了数据库的性能
     *  data buffer越大越好，多多益善
     *  MySQL的InnoDB buffer：innodb\_buffer\_pool\_size = 2G
     *  MySQL建议buffer pool开大到服务器物理内存60-80%

## 4.1 数据库缓存的三种方式 ##

**1）cache Aside更新模式：同时更新缓存和数据库；**

> 失效：应用程序从cache取数据，没取到，则从数据库读取，成果之后放到缓存；
> 
> 命中：应用程序从cache取数据，取到返回；
> 
> 更新：把数据放到数据库，成功后，让缓存失效；

**为什么先更新数据库，后让缓存失效？**

> 1、先更新数据库，后更新缓存：两个并发写操作回导致脏数据；
> 
> 2、先删除缓存，再更新数据库：逻辑错误，两个并发读和写操作导致脏数据；
> 
> 3、先更新数据库，再删除缓存；推荐使用，极端情况（查询缓存不命中，进行数据库查询，并发出现更新操作，更新了数据库，删除了缓存，然而读操作从数据库读取老数据回了缓存，造成数据不一致，这种极少发生。）

**2）Read/Write through 更新模式：先更新缓存，缓存负责同步更新数据库；**

> 只需要维护缓存
> 
> **Read through ：查询操作中更新缓存；**
> 
> **Write through ：更新数据的时候，更新缓存；**

**3）Write behind caching 更新模式：先更新缓存，缓存定时异步更新数据库；**

> 好处：直接操作内存，速度快，可以合并对同一数据的多次操作到数据库，所以性能得到很大的提高；
> 
> 问题：数据不是强一致，可能回丢失（系统断电等）；缓存失效才实现真正的持久性存储；

# **五、应用程序缓存** #

1、对象缓存

*  由O/R Mapping框架例如Hibernate提供，透明性访问，细颗粒度缓存数据库查询结果，无需业务代码显式编程，是最省事的缓存策略
 *  当软件结构按照O/R Mapping框架的要求进行针对性设计，使用对象缓存将会极大降低Web系统对于数据库的访问请求
 *  良好的设计数据库结构和利用对象缓存，能够提供极高的性能，对象缓存适合OLTP（联机事务处理）应用

2、查询缓存

*  对数据库查询结果集进行缓存，类似数据库的Query Cache
 *  适用于一些耗时，但是时效性要求比较低的场景。查询缓存和对象缓存适用的场景不一样，是互为补充的
 *  当查询结果集涉及的表记录被修改以后，需要注意清理缓存

3、页面缓存  
     a、作用

*   *  针对页面的缓存技术不但可以减轻数据库服务器压力，还可以减轻应用服务器压力
     *  好的页面缓存可以极大提高页面渲染速度
     *  页面缓存的难点在于如何清理过期的缓存

b、分类  
         I、动态页面静态化

*   *  利用模板技术将访问过一次的动态页面生成静态html，同时修改页面链接，下一次请求直接访问静态链接页面
     *  动态页面静态化技术的广泛应用于互联网CMS/新闻类Web应用，但也有BBS应用使用该技术，例如Discuz!
     *  无法进行权限验证，无法显示个性化信息
     *  可以使用AJAX请求弥补动态页面静态化的某些缺点

II、Servlet缓存

*   *  针对URL访问返回的页面结果进行缓存，适用于粗粒度的页面缓存，例如新闻发布
     *  可以进行权限的检查
     *  OScache提供了简单的Servlet缓存(通过web.xml中的配置)
     *  也可以自己编程实现Servlet缓存

III、页面内部缓存

*   *  针对动态页面的局部片断内容进行缓存，适用于一些个性化但不经常更新的页面(例如博客)
     *  OSCache提供了简单的页面缓存
     *  可以自行扩展JSP Tag实现页面局部缓存

#    **六、web服务器端缓存** #

*  基于代理服务器模式的Web服务器端缓存，如squid/nginx
 *  Web服务器缓存技术被用来实现CDN（内容分发网络 content delivery network）
 *  被国内主流门户网站大量采用
 *  不需要编程，但仅限于新闻发布类网站，页面实时性要求不高

# **七、基于ajax的浏览器缓存** #

*  使用AJAX调用的时候，将数据库在浏览器端缓存
 *  只要不离开当前页面，不刷新当前页面，就可以直接读取缓存数据
 *  只适用于使用AJAX技术的页面

## `一、cookie机制和session机制的区别` ##

`具体来说cookie机制采用的是在客户端保持状态的方案，而session机制采用的是在服务器端保持状态的方案。`

`同时我们也看到，由于才服务器端保持状态的方案在客户端也需要保存一个标识，所以session`

`机制可能需要借助于cookie机制来达到保存标识的目的，但实际上还有其他选择`

`二、会话cookie和持久cookie的区别`

`如果不设置过期时间，则表示这个cookie生命周期为浏览器会话期间，只要关闭浏览器窗口，cookie就消失了。这种生命期为浏览会话期的cookie被称为会话cookie。会话cookie一般不保存在硬盘上而是保存在内存里。`

`如果设置了过期时间，浏览器就会把cookie保存到硬盘上，关闭后再次打开浏览器，这些cookie依然有效直到超过设定的过期时间。`

`存储在硬盘上的cookie可以在不同的浏览器进程间共享，比如两个IE窗口。而对于保存在内存的cookie，不同的浏览器有不同的处理方式。`

`三、如何利用实现自动登录`

`当用户在某个网站注册后，就会收到一个惟一用户ID的cookie。客户后来重新连接时，这个`

`用户ID会自动返回，服务器对它进行检查，确定它是否为注册用户且选择了自动登录，从而使用户务需给出明确的用户名和密码，就可以访问服务器上的资源。`

`四、如何根据用户的爱好定制站点`

`网站可以使用cookie记录用户的意愿。对于简单的设置，网站可以直接将页面的设置存储在cookie中完成定制。然而对于更复杂的定制，网站只需仅将一个惟一的标识符发送给用户，由服务器端的数据库存储每个标识符对应的页面设置。`

`五、cookie的发送`

`1``.创建Cookie对象`

`2``.设置最大时效`

`3``.将Cookie放入到HTTP响应报头`

`如果你创建了一个cookie，并将他发送到浏览器，默认情况下它是一个会话级别的cookie:存储在浏览器的内存中，用户退出浏览器之后被删除。如果你希望浏览器将该cookie存储在磁盘上，则`

`需要使用maxAge，并给出一个以秒为单位的时间。将最大时效设为``0``则是命令浏览器删除该cookie。`

`发送cookie需要使用HttpServletResponse的addCookie方法，将cookie插入到一个Set-CookieHTTP请求报头中。由于这个方法并不修改任何之前指定的Set-Cookie报头，而是创建新的报头，因此我们将这个方法称为是addCookie，而非setCookie。同样要记住响应报头必须在任何文档内容发送到客户端之前设置。`

`六、cookie的读取`

`1``.调用request.getCookie`

`要获取有浏览器发送来的cookie，需要调用HttpServletRequest的getCookies方法，这个调用返回Cookie对象的数组，对应由HTTP请求中Cookie报头输入的值。`

`2``.对数组进行循环，调用每个cookie的getName方法，直到找到感兴趣的cookie为止`

`cookie与你的主机(域)相关，而非你的servlet或JSP页面。因而，尽管你的servlet可能只发送了单个cookie，你也可能会得到许多不相关的cookie。`

`例如：`

`StringcookieName=“userID”;`

`Cookiecookies[]=request.getCookies();`

`if``(cookies!=``null``){`

`for``(inti=``0``;i`

`Cookiecookie=cookies[i];`

`if``(cookieName.equals(cookie.getName())){`

`doSomethingWith(cookie.getValue());}``}``}`

`七、如何使用cookie检测初访者`

`A.调用HttpServletRequest.getCookies()获取Cookie数组`

`B.在循环中检索指定名字的cookie是否存在以及对应的值是否正确`

`C.如果是则退出循环并设置区别标识`

`D.根据区别标识判断用户是否为初访者从而进行不同的操作`

`八、使用cookie检测初访者的常见错误`

`不能仅仅因为cookie数组中不存在在特定的数据项就认为用户是个初访者。如果cookie数组为``null``，客户可能是一个初访者，也可能是由于用户将cookie删除或禁用造成的结果。`

`但是，如果数组非``null``,也不过是显示客户曾经到过你的网站或域，并不能说明他们曾经访问过你的servlet。其它servlet、JSP页面以及非JavaWeb应用都可以设置cookie，依据路径的设置，其中的任何cookie都有可能返回给用户的浏览器。`

`正确的做法是判断cookie数组是否为空且是否存在指定的Cookie对象且值正确。`

[https_blog.csdn.net_baidu_33497625_article_details_50801571]: https://blog.csdn.net/baidu_33497625/article/details/50801571
[format_png]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9pbWctbXkuY3Nkbi5uZXQvdXBsb2Fkcy8yMDEzMDgvMjAvMTM3Njk4NjAxM18yMDk4LmpwZw?x-oss-process=image/format,png
[format_png 1]: https://img-my.csdn.net/uploads/201308/20/1376986013_2098.jpg