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緩存

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雪精靈（討論 | 貢獻）2010年11月1日 (一) 12:02的版本
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緩存（Cache memory）是硬盤控制器上的一塊內(nèi)存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤內(nèi)部存儲和外界接口之間的緩沖器。由于硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度和外界介面?zhèn)鬏斔俣炔煌彺嬖谄渲衅鸬揭粋€緩沖的作用。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤的傳輸速度的重要因素，能夠大幅度地提高硬盤整體性能。當硬盤存取零碎數(shù)據(jù)時需要不斷地在硬盤與內(nèi)存之間交換數(shù)據(jù)，有大緩存，則可以將那些零碎數(shù)據(jù)暫存在緩存中，減小外系統(tǒng)的負荷，也提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度。

基本簡介[ ]

緩存是指可以進行高速數(shù)據(jù)交換的存儲器，它先于內(nèi)存與CPU交換數(shù)據(jù)，因此速度很快。L1　Cache(一級緩存)是CPU第一層高速緩存。內(nèi)置的L1高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。一般L1緩存的容量通常在32—256KB。L2　Cache(二級緩存)是CPU的第二層高速緩存，分內(nèi)部和外部兩種芯片。內(nèi)部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同，而外部的二級緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能，原則是越大越好，普通臺式機CPU的L2緩存一般為128KB到2MB或者更高，筆記本、服務(wù)器和工作站上用CPU的L2高速緩存最高可達1MB-3MB。

　　緩存只是內(nèi)存中少部分數(shù)據(jù)的復(fù)制品，所以CPU到緩存中尋找數(shù)據(jù)時，也會出現(xiàn)找不到的情況（因為這些數(shù)據(jù)沒有從內(nèi)存復(fù)制到緩存中去），這時CPU還是會到內(nèi)存中去找數(shù)據(jù)，這樣系統(tǒng)的速度就慢下來了，不過CPU會把這些數(shù)據(jù)復(fù)制到緩存中去，以便下一次不要再到內(nèi)存中去取。隨著時間的變化，被訪問得最頻繁的數(shù)據(jù)不是一成不變的，也就是說，剛才還不頻繁的數(shù)據(jù)，此時已經(jīng)需要被頻繁的訪問，剛才還是最頻繁的數(shù)據(jù)，又不頻繁了，所以說緩存中的數(shù)據(jù)要經(jīng)常按照一定的算法來更換，這樣才能保證緩存中的數(shù)據(jù)是被訪問最頻繁的。

工作原理[ ]

緩存的工作原理是當CPU要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從緩存中查找，找到就立即讀取并送給CPU處理；沒有找到，就用相對慢的速度從內(nèi)存中讀取并送給CPU處理，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入緩存中，可以使得以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存中進行，不必再調(diào)用內(nèi)存。正是這樣的讀取機制使CPU讀取緩存的命中率非常高（大多數(shù)CPU可達90%左右），也就是說CPU下一次要讀取的數(shù)據(jù)90%都在緩存中，只有大約10%需要從內(nèi)存讀取。這大大節(jié)省了CPU直接讀取內(nèi)存的時間，也使CPU讀取數(shù)據(jù)時基本無需等待。總的來說，CPU讀取數(shù)據(jù)的順序是先緩存后內(nèi)存。

　　RAM和ROM相對的，RAM是掉電以后，其中的信息就消失那一種，ROM在掉電以后信息也不會消失那一種。RAM又分兩種，一種是靜態(tài)RAM，SRAM；一種是動態(tài)RAM，DRAM。前者的存儲速度要比后者快得多，使用的內(nèi)存一般都是動態(tài)RAM。為了增加系統(tǒng)的速度，把緩存擴大不就行了嗎，擴大的越大，緩存的數(shù)據(jù)越多，系統(tǒng)不就越快了嗎？緩存通常都是靜態(tài)RAM，速度是非常的快， 但是靜態(tài)RAM集成度低（存儲相同的數(shù)據(jù)，靜態(tài)RAM的體積是動態(tài)RAM的6倍）， 價格高（同容量的靜態(tài)RAM是動態(tài)RAM的四倍）， 由此可見，擴大靜態(tài)RAM作為緩存是一個非常愚蠢的行為， 但是為了提高系統(tǒng)的性能和速度，必須要擴大緩存， 這樣就有了一個折中的方法，不擴大原來的靜態(tài)RAM緩存，而是增加一些高速動態(tài)RAM做為緩存， 這些高速動態(tài)RAM速度要比常規(guī)動態(tài)RAM快，但比原來的靜態(tài)RAM緩存慢， 把原來的靜態(tài)ram緩存叫一級緩存，而把后來增加的動態(tài)RAM叫二級緩存。

Web 應(yīng)用系統(tǒng)存在哪些速度差異？[ ]

讀取文件系統(tǒng) ? 讀取磁盤
讀取數(shù)據(jù)庫內(nèi)存 ? 讀取文件系統(tǒng)
讀取應(yīng)用內(nèi)存 ? 訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器
讀取靜態(tài)文件 ? 訪問應(yīng)用服務(wù)器
讀取瀏覽器緩存 ? 訪問網(wǎng)站

緩存技術(shù)分類[ ]

操作系統(tǒng)磁盤緩存 ? 減少磁盤機械操作
數(shù)據(jù)庫緩存 ? 減少文件系統(tǒng) I/O
應(yīng)用程序緩存 ? 減少對數(shù)據(jù)庫的查詢
客戶端瀏覽器緩存 ? 減少對網(wǎng)站的訪問

PHP緩存技術(shù)[ ]

WEB程序獲取信息的方式主要是查詢數(shù)據(jù)庫,當數(shù)據(jù)庫不是很大的情況下不會有太大的問題.然而,隨著網(wǎng)站的發(fā)展,數(shù)據(jù)庫呈幾何級數(shù)的方式增長的時候,就會出現(xiàn)瓶頸.于是PHP緩存技術(shù)誕生了。.PHP緩存技術(shù)工作時,當程序查詢數(shù)據(jù)的時候，會把相應(yīng)的結(jié)果序列化后保存到文件中，以后同樣的查詢語句就可以不用直接查詢數(shù)據(jù)庫，而是從緩存文件中獲得。這一改進使得程序運行速度得以大幅度提升.

目前應(yīng)用PHP緩存技術(shù)比較流行的方法主要是Adodb+Smarty這樣的黃金搭檔.
PHP緩存技術(shù)工作原理
首先看看adodb提供的數(shù)據(jù)緩存功能：
  1. <?php 　　
  2. include('adodb.inc.php');load code common to ADOdb 　　
  3. $ADODB_CACHE_DIR = '/usr/ADODB_cache'; 　　
  4. $conn = &ADONewConnection('mysql');create a connection 　　
  5. $conn->PConnect(' ','userid',,'agora');connect to MySQL, agora db 　　
  6. $sql = 'select CustomerName, CustomerID from customers'; 　　
  7. $rs = $conn->CacheExecute(15,$sql);
  8. ?> 如上，每次查詢數(shù)據(jù)的時候，會把相應(yīng)的結(jié)果序列化后保存到文件中，以后同樣的查詢語句就可以不用直接查詢數(shù)據(jù)庫，而是從緩存文件中獲得。
再來看看Smarty提供的頁面緩存功能：
  1. <?php 1<?php 　　
  2. require('Smarty.class.php'); 　　
  3. $smarty = new Smarty; 　　
  4. $smarty->caching = true; 　　
  5. if(!$smarty->is_cached('index.tpl')) { 　　
  6. // No cache available, do variable assignments here. 　　
  7. $contents = get_database_contents(); 　　
  8. $smarty->assign($contents); 　　
  9. } 　　
  10. $smarty->display('index.tpl'); 　　
  11. ?>

如上，每次訪問頁面的時候，都會先檢測相應(yīng)的緩存是否存在，如果不存在，就連接數(shù)據(jù)庫，得到數(shù)據(jù)，完成模板變量的賦值，顯示頁面，同時生成緩存文件，這樣下次訪問的時候緩存文件就發(fā)揮作用了，而不會再執(zhí)行if塊的數(shù)據(jù)查詢語句了。當然，在實際使用中會有很多東西要考慮，比如，有效期的設(shè)置，緩存組的設(shè)置等等，具體可以查看Smarty手冊中有關(guān)緩存（caching）的相關(guān)章節(jié)。

以上兩個PHP流行組件緩存方式的側(cè)重點是不同的，對于Adodb的緩存而言，它緩存的是數(shù)據(jù)，對于Smarty的緩存而言，它緩存的是頁面。其他提供緩存功能的組件還有很多（如：PEAR::Cache_Lite等等），實際編程中使用哪個方案要具體情況具體分析，也可能會綜合使用。

使用這些組件內(nèi)置的緩存方案有一個很明顯的好處是它們的實現(xiàn)對客戶端而言都很透明。只要進行必要的設(shè)置（如：緩存時間，緩存目錄等等）就可以了，而不用過多考慮實現(xiàn)緩存的細節(jié)問題，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)置自動管理緩存。但是其缺點也同樣明顯，因為每次請求仍然要用PHP解析一遍，效率和純靜態(tài)相比還是大打折扣，在大的PV面前還是不能滿足要求，在這種情況下，僅僅做動態(tài)緩存就不夠了，必須實現(xiàn)靜態(tài)緩存。

PHP,一門最近幾年興起的web設(shè)計腳本語言,由于它的強大和可伸縮性,近幾年來得到長足的發(fā)展,php相比傳統(tǒng)的asp網(wǎng)站,在速度上有絕對的優(yōu)勢,想mssql轉(zhuǎn)6萬條數(shù)據(jù)php如需要40秒,asp不下2分鐘.但是,由于網(wǎng)站的數(shù)據(jù)越來越多,我們渴求能更快速的調(diào)用數(shù)據(jù),不必要每次都從數(shù)據(jù)庫調(diào),我們可以從其他的地方,比方一個文件,或者某個內(nèi)存地址,這就是php的緩存技術(shù),也就是Cache技術(shù).

內(nèi)容加載[ ]

在使用緩存數(shù)據(jù)前，必須將數(shù)據(jù)加載到緩存中，有兩種機制來加載數(shù)據(jù)：

  1. 提前加載Proactive Load——使用這種方式時，你提前將所有的狀態(tài)數(shù)據(jù)加載到緩存中，可能在應(yīng)用程序或線程啟動時進行，然后在應(yīng)用程序或線程的生存期內(nèi)一直緩存；
  2. 動態(tài)加載Reactive Load——或稱反應(yīng)式加載，當使用這種方法時，在應(yīng)用程序請求數(shù)據(jù)時取到數(shù)據(jù)，并且將它緩存起來以備后續(xù)使用。

過期策略[ ]

另外一個關(guān)鍵因素是如何保持緩存數(shù)據(jù)和主數(shù)據(jù)（文件或數(shù)據(jù)庫或其他的應(yīng)用程序資源）的一致性，你可以定義過期策略來決定緩存中的內(nèi)容，如已經(jīng)緩存的時間或者收到其他資源的通知。

Asp.net緩存[ ]

將常用的數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中對asp的開發(fā)人員來說并不陌生，Session對象和Application對象提供鍵值對來緩存數(shù)據(jù)，Session對象保存和單個用戶有關(guān)的數(shù)據(jù)，Application對象可保留和應(yīng)用程序有關(guān)的數(shù)據(jù)，每個用戶都可以訪問。

在Asp.net中，提供了專門用于緩存數(shù)據(jù)的Cache對象，它的應(yīng)用范圍是應(yīng)用程序域。生存期是和應(yīng)用程序緊密相關(guān)的，每當應(yīng)用程序啟動的時候就重新創(chuàng)建Cache對象。它域Application對象的主要區(qū)別就是提供了專門用于緩存管理的特性，比如依賴和過期策略。

你可以使用Cache對象和它的屬性來實現(xiàn)高級的緩存功能，同時可以利用Asp.net Cache來對客戶端輸出的響應(yīng)內(nèi)容進行緩存。關(guān)于Asp.net中的緩存技術(shù)，有以下內(nèi)容要介紹：

編程緩存Programmatic Caching[ ]

Cache對象定義在System.Web.Caching命名空間，可以使用HttpContext類的Cache屬性或Page對象的Cache屬性來得到Cache的引用，Cache對象除了存儲鍵值對以外，還可以存儲.net框架的對象。下面介紹相應(yīng)的依賴和過期策略。

依賴和過期策略[ ]

當向緩存中加數(shù)據(jù)時，可以指定它的依賴關(guān)系來實現(xiàn)在某些情況下強制移除它?？捎玫姆桨赴ㄒ韵聨追N：

1.文件依賴（File Dependency）——當硬盤上的某個（某些）文件更改時，強制移除緩存數(shù)據(jù)；

如：

CacheDependency cDependency = new
CacheDependency(Server.MapPath("authors.XML"));
Cache.Insert("CachedItem", item, cDependency);
2.鍵值依賴（Key Dependency）——指定緩存中的某個數(shù)據(jù)項更改時移除。如:
// Create a cache entry.
Cache["key1"] = "Value 1";
// Make key2 dependent on key1.
String[] dependencyKey = new String[1];
dependencyKey[0] = "key1";
CacheDependency dependency = new CacheDependency(null, dependencyKey);
Cache.Insert("key2", "Value 2", dependency);
3.基于時間的過期策略——按照預(yù)先定義的時間策略來使數(shù)據(jù)失效，可以是絕對時間（如某個日期的18:00）也可以是相對現(xiàn)在的相對時間。如：
/// Absolute expiration
Cache.Insert("CachedItem", item, null, DateTime.Now.AddSeconds(5),Cache.NoSlidingExpiration);
/// Sliding expiration
Cache.Insert("CachedItem", item, null, Cache.NoAbsoluteExpiration,
TimeSpan.FromSeconds(5));

使用太短和太長的過期時間都不行，不是造成用不上的緩存數(shù)據(jù)，就是緩存了陳舊的數(shù)據(jù)并加重了緩存負擔(dān)，所以可以使用高并發(fā)的測試來決定過期時間的最佳值。

對緩存項使用優(yōu)先級

當運行應(yīng)用程序的服務(wù)器內(nèi)存不足時，會自動清除緩存中的數(shù)據(jù)，稱為“清除scavenging”。此時，Cache對象根據(jù)緩存項的優(yōu)先級來決定先移除哪些緩存數(shù)據(jù)，你可以在代碼中指定緩存項的優(yōu)先級。參看MSDN中“CacheItemPriority 枚舉”，如：

Cache.Insert("DSN", connectionString, null, d, t, CacheItemPriority.High, onRemove);

刷新數(shù)據(jù)（清除緩存）

沒有直接的方法來刷新Asp.net的輸出緩存，但是有替代方法（設(shè)置所有數(shù)據(jù)失效），比如:Response.Cache.SetExpires(DateTime.Now)

這可以清除緩存，但頁面上并不立刻體現(xiàn)出來，直到最初的緩存期結(jié)束，比如:<%@ OutputCache Duration="10" VaryByParam="none" %>指令指定的緩存只會在10秒后才清除。通常并不需要清除所有緩存項，你只要重新加載數(shù)據(jù)更新緩存就夠了。

輸出緩存（Output Cache）

Page Output Caching將對頁面請求的響應(yīng)放入緩存中，后續(xù)對此頁面的請求將直接從緩存中得到信息而不是重建此頁面。可以通過添加Page指令（高級別，聲明實現(xiàn)）來實現(xiàn)，也可以使用HTTPCachePolicy類來實現(xiàn)（低級別，程序?qū)崿F(xiàn)）。本指南不打算介紹技術(shù)細節(jié)，只給出如何更好使用的指南和最佳實踐。有四方面的內(nèi)容：

  1. 決定緩存的內(nèi)容
  2. 緩存動態(tài)頁面
  3. 控制緩存的位置
  4. 配置頁面輸出緩存

頁面片斷緩存[ ]

有時候緩存整個頁面并不靈活，同時內(nèi)存的發(fā)但也比較大，這時候應(yīng)考慮片斷緩存。頁面片斷緩存適合以下類型的數(shù)據(jù)：
  • 創(chuàng)建開銷很大的頁面片斷（控件）；
  • 包含靜態(tài)數(shù)據(jù)的頁面片斷；
  • 可被多個用戶使用的頁面片斷；
  • 多個頁面共享的頁面片斷（如公用菜單條）

以下是緩存部分頁面的例子:

// Partial caching for 120 seconds
[System.Web.UI.PartialCaching(120)]
public class WebUserControl : System.Web.UI.UserControl
{
// Your Web control code
}

相關(guān)條目[ ]

參考來源[ ]