緩存，在互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中可以簡(jiǎn)單理解為：第一次請求數據放到存儲器中，下次顯示該頁(yè)面先把上次保存的數據顯示出來(lái)，同時(shí)去請求數據，請求完成刷新顯示新數據，并將其再緩存起來(lái)。
當今互聯(lián)網(wǎng)應用（網(wǎng)站或App）的整體實(shí)現流程是：用戶(hù)的請求從界面（瀏覽器或App界面）到網(wǎng)絡(luò )傳送、應用服務(wù)再到存儲（數據庫或文件系統），然后返回到界面呈現內容。
隨著(zhù)內容信息越來(lái)越復雜，用戶(hù)數和訪(fǎng)問(wèn)量越來(lái)越大，我們的應用需要支撐更多的并發(fā)量，同時(shí)應用服務(wù)器和數據庫服務(wù)器所做的計算也越來(lái)越多。但是往往我們的應用服務(wù)器資源是有限的，數據庫每秒能接受的請求次數也是有限的（文件的讀寫(xiě)也是有限的），如何能夠有效利用有限的資源來(lái)提供盡可能大的吞吐量？一個(gè)有效的辦法就是引入緩存，每個(gè)環(huán)節中請求可以從緩存中直接獲取目標數據并返回，從而減少計算量，有效提升響應速度，讓有限的資源服務(wù)更多的用戶(hù)。
計算機緩存
計算機的緩存往往使用的是RAM（斷電就掉的非永久儲存），所以在用完后還是會(huì )把文件送到硬盤(pán)等存儲器里永久存儲。計算機里最大的緩存是內存條，最快的是CPU上鑲嵌的L1和L2緩存，顯卡的顯存是給顯卡運算芯片用的緩存，硬盤(pán)上也有16M或者32M的緩存。
其工作原理是當CPU要讀取數據時(shí)，首先從CPU緩存中查找，找到就立即讀取并送給CPU處理；如果沒(méi)有找到，就從速率相對較慢的內存中讀取并送給CPU處理，同時(shí)把這個(gè)數據所在的數據區塊調入緩存中，可以使以后對整塊數據的讀取都從緩存中進(jìn)行，不必再調用內存。這樣的讀取機制CPU讀取緩存的命中率非常高，也就是說(shuō)CPU下一次要讀取的數據90%都在CPU緩存中，只有大約10%需要從內存讀取。這大大節省了CPU直接讀取內存的時(shí)間，也使CPU讀取數據時(shí)基本無(wú)需等待。
WEB瀏覽器緩存
下面我們進(jìn)入正題。
瀏覽器會(huì )緩存它瀏覽過(guò)的「資源」（包括網(wǎng)頁(yè)，圖片等），如果資源在保質(zhì)期內，那下次同樣的請求直接用緩存。過(guò)期之后，會(huì )帶上資源上次的修改時(shí)間，由服務(wù)器來(lái)判斷是否失效，失效的話(huà)就會(huì )給瀏覽器返回新的數據并繼續緩存下來(lái)。
瀏覽器的緩存，存在用戶(hù)電腦的硬盤(pán)上，用戶(hù)每次使用瀏覽器讀取緩存時(shí)先將硬盤(pán)上的緩存數據加載到內存中，再讀取給瀏覽器。
瀏覽器端緩存的規則主要在HTTP協(xié)議頭和HTML的meta標簽中定義。他們分別從新鮮度和校驗值兩個(gè)維度來(lái)規定瀏覽器是直接使用緩存中的數據，還是需要去源服務(wù)器獲取更新的版本。
新鮮度（過(guò)期機制）：緩存數據保質(zhì)期。緩存數據必須滿(mǎn)足以下條件，瀏覽器會(huì )認為它是有效的，足夠新的：
- 含有完整的過(guò)期時(shí)間控制頭信息（HTTP協(xié)議報文頭），并且仍在有效期內
- 瀏覽器已經(jīng)使用過(guò)這個(gè)緩存數據，并且在上一次會(huì )話(huà)中（也就是用戶(hù)上一次訪(fǎng)問(wèn)該數據時(shí)）已經(jīng)檢查過(guò)其新鮮度
滿(mǎn)足以上兩個(gè)情況的一種，瀏覽器會(huì )直接從緩存中獲取緩存數據并渲染給瀏覽器。
校驗值（驗證機制）：服務(wù)器返回數據的時(shí)候有時(shí)在頭信息中帶上這個(gè)資源的實(shí)體標簽，它可以用來(lái)作為瀏覽器再次請求過(guò)程的校驗標識。如過(guò)發(fā)現校驗標識不匹配，說(shuō)明數據已經(jīng)被修改或過(guò)期，瀏覽器需要重新獲取數據內容。
HTTP緩存機制
還記得HTTP協(xié)議嗎？在這篇文章中有對HTTP協(xié)議的簡(jiǎn)單介紹：淺析前后端數據交互
當用戶(hù)通過(guò)瀏覽器發(fā)起一個(gè)數據請求的時(shí)候，瀏覽器會(huì )通過(guò)以下幾步來(lái)獲取數據：
- 本地緩存階段：先在本地查找該數據，如果有發(fā)現該數據，而且該數據還沒(méi)有過(guò)期，就使用此數據，不會(huì )發(fā)送http請求到服務(wù)器
- 協(xié)商緩存階段：如果在本地緩存找到對應的數據，但是不知道該數據是否過(guò)期，則發(fā)一個(gè)HTTP請求到服務(wù)器，然后服務(wù)器判斷這個(gè)請求，如果請求的數據在服務(wù)器上沒(méi)有改動(dòng)過(guò)或過(guò)期，則返回304狀態(tài)碼（可以理解為服務(wù)器給瀏覽器的暗號），讓瀏覽器在本地找到該數據
- 緩存失敗階段：當服務(wù)器發(fā)現請求的資源已經(jīng)修改過(guò)，或者這是一個(gè)新的請求，服務(wù)器則返回該數據，并且返回200狀態(tài)碼， 此過(guò)程的前提是指找到該數據，如果服務(wù)器上沒(méi)有數據，則返回404（這個(gè)大家多見(jiàn)過(guò)吧，就是平時(shí)見(jiàn)到404頁(yè)面時(shí)的狀態(tài)碼）
瀏覽器中的操作對緩存的影響
- 強制刷新：當按下ctrl+F5來(lái)刷新頁(yè)面的時(shí)候，瀏覽器將繞過(guò)各種緩存(本地緩存和協(xié)商緩存)， 直接讓服務(wù)器返回最新數據
- 普通刷新：當按下F5或者點(diǎn)擊刷新按鈕來(lái)刷新頁(yè)面的時(shí)候，瀏覽器將繞過(guò)本地緩存發(fā)送請求給服務(wù)器，此時(shí)協(xié)商緩存是有效的
- 回車(chē)或跳轉：當在地址欄上輸入回車(chē)或者按下跳轉按鈕的時(shí)候，所有緩存都生效
瀏覽器緩存機制
安卓、iOS緩存機制
APP上的緩存機制和瀏覽器緩存的原理類(lèi)似，APP與服務(wù)器交互的協(xié)議同樣是大多基于HTTP（S）。
先普及下基礎知識：手機內存包括運行內存和內部存儲。運行內存是用來(lái)運行程序的，不能用來(lái)永久存儲數據，手機一旦關(guān)機或殺死進(jìn)程，在內存中的所有數據都將會(huì )丟失。內部存儲相當于計算機中的硬盤(pán)的角色，用于存儲操作系統和應用程序的存儲介質(zhì)。
iOS的本地緩存數據存在磁盤(pán)存儲（內部存儲）中，由于A(yíng)ndroid手機通常將內部存儲器固定在芯上，所以一般無(wú)法更換內部存儲器的。 為了增強Android手機的存儲能力，很多Android手機都支持擴展的SD卡（相當于計算機的U盤(pán)或者移動(dòng)硬盤(pán)）功能。所以，Android手機存儲緩存是可以選擇數據存儲位置的。
APP端存儲數據的時(shí)候，會(huì )存儲很多字段內容，一般情況下后臺會(huì )給每條數據設定一個(gè)獨立的id值，那么前端在請求數據的可以先查詢(xún)本地緩存的數據中，最新的一條數據的id值，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )請求，把這個(gè)id值發(fā)給服務(wù)端，服務(wù)端會(huì )根據這個(gè)id在后臺服務(wù)器中查詢(xún)是否有比這個(gè)id值更大（更新）的數據存在，如果有就把新的數據返回給前端APP。
數據庫緩存
數據庫的緩存機制分為兩個(gè)層面。
- 由數據庫提供，可以對數據表建立的高速緩存。數據庫的數據臨時(shí)保存在一個(gè)位置上，再次同樣的請求直接把這個(gè)數據返回去，而不需要再次去查詢(xún)各種表取數據了，減少了查數據庫的時(shí)間，提升效率。并不是所有的歷史記錄都緩存起來(lái)，要有策略，比如只緩存兩個(gè)月的數據，并且兩個(gè)月之前有請求過(guò)之后不再請求該數據的時(shí)候就會(huì )回收，就是把這條記錄抹掉，就近多次請求的才會(huì )保存。時(shí)間過(guò)長(cháng)、使用率不高的優(yōu)先清除，要不然緩存太多就失去了緩存的本質(zhì)和意義。
- 在數據庫中，數據都是存放在磁盤(pán)中的。雖然數據庫層做了對應的緩存，但這種數據庫層次的緩存一般針對的是查詢(xún)內容，一般只有表中數據沒(méi)有變更的時(shí)候，數據庫對應的緩存才發(fā)揮了作用。有時(shí)并不能減少業(yè)務(wù)系統對數據庫產(chǎn)生的增、刪、查、改產(chǎn)生的龐大壓力。此時(shí)，一般的做法是在數據庫與業(yè)務(wù)服務(wù)器之間增加一個(gè)緩存服務(wù)器，比如我們熟悉的redis。客戶(hù)端第一次請求的數據從數據庫拿出后就放到了redis中，數據不過(guò)期或不更改的前提下，下一次的請求都從redis中直接拿數據，這樣做極大的緩解了數據庫的壓力。
服務(wù)器緩存
業(yè)務(wù)服務(wù)器緩存
業(yè)務(wù)服務(wù)器緩存是將動(dòng)態(tài)頁(yè)面直接生成靜態(tài)的頁(yè)面放在服務(wù)器上的硬盤(pán)里，用戶(hù)調取相同頁(yè)面時(shí)，靜態(tài)頁(yè)面將直接下載到客戶(hù)端，不再需要通過(guò)程序的運行和數據庫的訪(fǎng)問(wèn)，大大節約了服務(wù)器的負載。
每次訪(fǎng)問(wèn)頁(yè)面時(shí)，會(huì )檢測相應的緩存頁(yè)面是否存在，若不存在，則連接數據庫得到數據渲染頁(yè)面并生成緩存頁(yè)面文件，這樣下次訪(fǎng)問(wèn)的頁(yè)面文件就能發(fā)揮作用了。
舉一個(gè)小例子：
用戶(hù)A訪(fǎng)問(wèn)a頁(yè)面，服務(wù)器解析a頁(yè)面返回給用戶(hù)A，同時(shí)在服務(wù)器內存上做一個(gè)映射，把a頁(yè)面緩存在服務(wù)器的硬盤(pán)上。用戶(hù)B訪(fǎng)問(wèn)a頁(yè)面，服務(wù)器直接根據內存上的映射找到相應的頁(yè)面緩存，直接返回給用戶(hù)B。這樣做減少了服務(wù)器對同以頁(yè)面的重復解析。
代理服務(wù)器緩存
代理服務(wù)器是客戶(hù)端和業(yè)務(wù)服務(wù)器之間的中間服務(wù)器，客戶(hù)端先向這個(gè)中間服務(wù)器發(fā)起請求，經(jīng)過(guò)處理后，再將請求轉發(fā)到業(yè)務(wù)服務(wù)器。代理服務(wù)器緩存的運作原理跟瀏覽器的運作原理差不多，只是規模更大?？梢园阉斫鉃橐粋€(gè)共享緩存，不只為一個(gè)用戶(hù)服務(wù)，一般為大量用戶(hù)提供服務(wù)，因此在減少相應時(shí)間和帶寬使用方面很有效，同一個(gè)緩存數據會(huì )被重復使用多次。以上，就是關(guān)于緩存機制的簡(jiǎn)單總結。
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